全息光栅制作装置、曝光干涉条纹相位稳定装置及方法
【专利摘要】本申请提供一种全息光栅制作装置、曝光干涉条纹相位稳定装置及方法，其中，全息光栅曝光干涉条纹相位稳定装置包括分束光栅、光阑、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第一扩束准直系统、第二扩束准直系统、光栅基底、测量光栅、第一光电探测器和第二光电探测器，以及压电陶瓷和控制器。通过分束光栅分束，形成干涉场，并通过光路调整，曝光光束的衍射光重合形成便于测量的莫尔条纹。在干涉条纹发生相位变化时，莫尔条纹也发生相位变化，通过两个光电探测器测量莫尔条纹的相位变化，间接得到干涉条纹的相位变化。控制器控制压电陶瓷带动分束光栅沿垂直光栅刻线方向运动，补偿曝光干涉条纹的相位变化，通过反馈控制稳定曝光干涉条纹的相位。
【专利说明】
全息光栅制作装置、曝光干涉条纹相位稳定装置及方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及光栅制作技术领域，特别涉及一种全息光栅曝光干涉条纹相位稳定装置、全息光栅制作装置及全息光栅曝光干涉条纹相位稳定方法。
【背景技术】
[0002]在全息光栅的制作过程中，曝光过程是最为重要的工艺环节之一。两束相干光干涉产生曝光干涉条纹，涂有光刻胶的光栅基底记录该干涉条纹，显影后即可获得全息光栅掩模。合格的全息光栅掩模是后续工艺过程的基础，直接决定着全息光栅的质量。为获得合格的全息光栅掩模，须保证曝光过程中，曝光干涉条纹相对于光栅基底保持静止，但工作台振动、气流扰动、环境温度变化等因素会导致干涉条纹相对光栅基底发生相位移动，这种相位移动将造成全息光栅掩模的槽形对比度下降，甚至导致曝光失败。
[0003]为克服曝光过程中由于外界环境引起的相位移动，现有技术中通过严格控制曝光光路的外部环境来稳定干涉条纹的稳定，如采用隔振光学平台、封闭曝光光路减少气流扰动、保持环境温度恒定等方式。
[0004]但被动地采用控制外界环境来稳定干涉条纹的相位，只是尽量减少了干涉条纹的相位移动量，而无法对已发生的干涉条纹的相位移动做到补偿。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明提供一种全息光栅制作装置、曝光干涉条纹相位稳定装置及方法，以对干涉条纹的相位移动做出相应的补偿，使得干涉条纹的相位保持稳定。
[0006]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0007]—种全息光栅干涉条纹相位稳定装置，包括:
[0008]分束光栅(4)，所述分束光栅用于将激光分束成多束光，并用于调节干涉条纹的相位；
[0009 ]光阑(5)，所述光阑用于遮挡所述多束光中的O级光束；
[0010]第一平面反射镜(8)，位于所述多束光中的+1级光束(6)出射光路上，用于反射所述+1级光束；
[0011]第二平面反射镜(9)，位于所述多束光中的-1级光束(7)出射光路上，用于反射所述-1级光束；
[0012]第一扩束准直系统(1012)，所述第一扩束准直系统位于经所述第一平面反射镜
(8)反射后光束的光路上，并将所述+1级光束(6)扩束成第一曝光光束(14);
[0013]第二扩束准直系统(1113)，所述第二扩束准直系统位于经所述第二平面反射镜
(9)反射后光束的光路上，并将所述-1级光束(7)扩束成第二曝光光束(15);
[0014]光栅基底(17)，所述光栅基地位于所述第一曝光光束(14)和所述第二曝光光束
[15]的干涉区域内；
[0015]测量光栅(18)，所述测量光栅(18)位于所述第一曝光光束(14)和所述第二曝光光束(15)的干涉区域内；且所述测量光栅为反射光栅，将所述第一曝光光束(14)经所述测量光栅(18)的N级衍射光与所述第二曝光光束(15)经所述测量光栅(18)的-(N-1)级衍射光沿相同方向出射，形成莫尔条纹(19)，其中，N为整数；
[0016]第一光电探测器(20)和第二光电探测器(21)，所述第一光电探测器(20)和第二光电探测器(21)之间的间距为所述莫尔条纹(19)的奇数个二分之一周期，用于检测所述莫尔条纹的光强变化；
[0017]压电陶瓷(3)，所述压电陶瓷(3)连接在所述分束光栅(4)上，用于带动所述分束光栅(4)移动，调节所述第一曝光光束(14)和所述第二曝光光束(15)的干涉条纹的相位；
[0018]控制器(22)，所述控制器(22)的一端与所述第一光电探测器(20)和所述第二光电探测器(21)的输出端相连，另一端与所述压电陶瓷(3)相连;所述控制器(22)根据所述第一光电探测器(20)和所述第二光电探测器(21)探测得到的莫尔条纹的光强变化，计算得到控制量，控制所述压电陶瓷(4)移动，带动所述分束光栅(4)沿垂直所述分束光栅刻线的方向移动，调节所述第一曝光光束(14)和所述第二曝光光束(15)的干涉条纹的相位，使得所述干涉条纹的相位稳定。
[0019]优选地，所述全息光栅曝光干涉条纹相位稳定装置，还包括线性工作台(2)，所述线性工作台(2)上固定所述分束光栅(4)，所述压电陶瓷(3)通过驱动所述线性工作台(2)带动所述分束光栅(4)沿垂直所述分束光栅刻线的方向移动。
[0020]优选地，所述第一扩束准直系统(1012)包括第一空间滤波器(10)和第一准直透镜
(12)，所述第一空间滤波器(10)与所述第一准直透镜(12)同轴设置，位于经所述第一平面反射镜(8)反射后光束的光路上，所述+1级光束(6)先经过所述第一空间滤波器(10)滤波，再经过所述第一准直透镜(12)准直成所述第一曝光光束(14);所述第二扩束准直系统(1113)包括第二空间滤波器(11)和第二准直透镜(13)，所述第二空间滤波器(11)与所述第二准直透镜(13)同轴设置，位于经所述第二平面反射镜(9)反射后光束的光路上，所述-1级光束(7)先经过所述第二空间滤波器(11)滤波，再经过所述第二准直透镜(13)准直成所述第二曝光光束(15)。
[0021]优选地，所述测量光栅(18)与所述光栅基底(17)位于同一平面内，且位于同一干涉区域内。
[0022]优选地，所述莫尔条纹(19)由所述第一曝光光束(14)经所述测量光栅(18)-1级衍射光与所述第二曝光光束(15)经所述测量光栅(18)+2级衍射光沿相同方向出射形成;或所述莫尔条纹(19)由所述第一曝光光束(14)经所述测量光栅(18)的+2级衍射光与所述第二曝光光束(15)经所述测量光栅(18)的-1级衍射光沿相同方向出射形成。
[0023]优选地，所述第一光电探测器(20)与所述第二光电探测器(21)均为光电二极管。
[0024]优选地，所述第一光电探测器(20)与所述第二光电探测器(21)对称分布在所述莫尔条纹(19)的其中一条暗条纹的两侧。
[0025]一种全息光栅制作装置，包括:
[0026]激光器；
[0027]全息光栅曝光干涉条纹相位稳定装置，所述全息光栅曝光干涉条纹相位稳定装置为上面任意一项所述的全息光栅曝光干涉条纹相位稳定装置。
[0028]—种全息光栅曝光干涉条纹相位稳定方法，包括:
[0029]步骤A:通过分束光栅(4)将激光分为多束光；
[0030]步骤B:采用光阑(5)对所述多束光中的O级光束进行遮挡；
[0031]步骤C:所述多束光中的+1级光束(6)经过第一平面反射镜(8)、第一扩束准直系统(1012)形成第一曝光光束(14)，照射在光栅基底(17)和测量光栅基底上;所述多束光中的-1级光束(7)经过第二平面反射镜(9)、第二扩束准直系统(1113)形成第二曝光光束(15)，照射在光栅基底(17)和测量光栅基底上;所述第一曝光光束(14)与所述第二曝光光束(15)相互干涉在所述光栅基底(17)和所述测量光栅基底上形成干涉条纹；
[0032]步骤D:对所述测量光栅基底进行曝光、显影、定影处理后，形成测量光栅(18)，并放回原来所述测量光栅基底所在位置；
[0033 ] 步骤E:重复步骤A、步骤B、步骤C，此时，所述第一曝光光束(14)与所述第二曝光光束(15)相互干涉在所述光栅基底(17)和所述测量光栅(18)上形成干涉条纹；
[0034]步骤F:所述第一曝光光束(14)经所述测量光栅(18)的N级衍射光与所述第二曝光光束(15)经所述测量光栅(18)的-(N-1)级衍射光沿相同方向出射，形成莫尔条纹(19);
[0035]步骤G:利用第一光电探测器(20)和第二光电探测器(21)探测莫尔条纹(19)的光强变化，将光强变化信息发送给控制器(22);
[0036]步骤H:控制器(22)根据所述第一光电探测器(20)和所述第二光电探测器(21)探测得到的莫尔条纹的光强变化，计算得到控制量，控制与所述分束光栅(4)连接在一起的压电陶瓷(4)移动，从而调节所述第一曝光光束(14)和所述第二曝光光束(15)的干涉条纹的相位，使得所述干涉条纹的相位稳定。
[0037]优选地，步骤H中，所述控制器(22)计算得到控制量的计算方法为PID控制算法。
[0038]经由上述的技术方案可知，本发明提供的全息光栅曝光干涉条纹相位稳定装置包括分束光栅、光阑、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第一扩束准直系统、第二扩束准直系统、光栅基底、测量光栅、第一光电探测器和第二光电探测器，以及压电陶瓷和控制器。所述第一平面反射镜、第二平面反射镜、第一扩束准直系统、第二扩束准直系统将分束光中的+1级光束和-1级光束分别形成第一曝光光束和第二曝光光束，第一曝光光束和第二曝光光束在光栅基底和测量光栅上形成干涉条纹。且所述第一曝光光束经所述测量光栅的N级衍射光与所述第二曝光光束经所述测量光栅的-(N-1)级衍射光沿相同方向出射，形成莫尔条纹。
[0039]所述压电陶瓷与所述分束光栅连接，所述控制器的一端与所述第一光电探测器和所述第二光电探测器的输出端相连，另一端与所述压电陶瓷相连;所述控制器根据所述第一光电探测器和所述第二光电探测器探测得到的莫尔条纹的光强变化，计算得到控制量，控制所述压电陶瓷移动，带动所述分束光栅移动，调节所述第一曝光光束和所述第二曝光光束的干涉条纹的相位，对第一曝光光束和第二曝光光束形成干涉条纹的相位进行补偿，使得所述干涉条纹的相位稳定。
[0040]本发明还提供一种全息光栅制作装置，基于上面具有干涉条纹相位稳定的全息光栅曝光干涉条纹相位稳定装置，从而得到稳定的干涉条纹，进而提高了全息光栅的曝光对比度，利于获取优质的全息光栅掩膜槽形，得到高质量的全息光栅。
[0041]本发明还提供一种全息光栅曝光干涉条纹相位稳定方法，基于上述全息光栅曝光干涉条纹相位稳定装置，对全息光栅曝光干涉条纹的相位移动进行补偿，得到稳定的全息光栅曝光干涉条纹。
【附图说明】
[0042]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0043]图1为本发明实施例提供的一种全息光栅曝光干涉条纹相位稳定装置；
[0044]图2为本发明实施例提供的另一种全息光栅曝光干涉条纹相位稳定装置；
[0045]图3为本发明实施例提供的控制器结构。
【具体实施方式】
[0046]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0047]本发明实施例提供一种全息光栅曝光干涉条纹相位稳定装置，如图1所示，包括:
[0048]分束光栅4，所述分束光栅用于将激光I分束成多束光，并用于调节曝光干涉条纹的相位。
[0049]本发明实施例中分束光栅的主要作用是将激光器发出的激光分为多束衍射光，因此，多束光中的O级、+1级、-1级、+2级、-2级等衍射光是分离的，多束光之间存在夹角，所述夹角的大小和具体方向与分束光栅刻线密度参数相关，本实施例中对分束光栅的具体槽形、刻线密度不做限定，只要其能够实现分光作用即可。但需要说明的是，本实施例中分束光栅与压电陶瓷连接，通过压电陶瓷的移动带动分束光栅移动，从而调节曝光干涉条纹的相位，即本实施例中分束光栅还具有调节曝光的干涉条纹相位的作用。
[0050]光阑5，所述光阑用于遮挡所述多束光中的O级光束。本实施例中对O级光束没有应用，因此，对O级光束进行遮挡。
[0051]第一平面反射镜8，位于所述多束光中的+1级光束6出射光路上，用于反射所述+1级光束。第二平面反射镜9，位于所述多束光中的-1级光束7出射光路上，用于反射所述-1级光束。
[0052]需要说明的是，本实施实例中采用的分束光栅的I级光束的衍射效率是最高的，因此本实施例中优选的采用+1级光束和-1级光束，在本发明的其他实施例中，针对不同的分束光栅，还可以采用其他级次的衍射光束进行曝光干涉，本实施例中对此不做限定。本实施例中，第一平面反射镜与第二平面反射镜用于反射+1级和-1级光束，本实施例中优选的，所述第一平面反射镜8、第二平面反射镜9为玻璃基底镀铝反射镜，在其他实施例中第一平面反射镜8、第二平面反射镜9还是为镀其他金属膜层或介质膜的其他材料的反射镜，本实施例中对此不做限定。
[0053]第一扩束准直系统1012，所述第一扩束准直系统位于经所述第一平面反射镜8反射后光束的光路上，并将所述+1级光束6扩束成第一曝光光束14;第二扩束准直系统1113，所述第二扩束准直系统位于经所述第二平面反射镜9反射后光束的光路上，并将所述-1级光束7扩束成第二曝光光束15。
[0054]本实施例中，扩束准直系统用于将I级光束进行扩束并准直形成为平面波，从而实现两束光的干涉，因此，本实施例中不限定扩束准直系统的具体结构，只要能够起到将激光扩束并准直为平面光波即可。
[0055]本实施例中优选的，如图2所示，第一扩束准直系统1012包括第一空间滤波器10和第一准直透镜12，第一空间滤波器10与第一准直透镜12同轴设置，位于经第一平面反射镜8反射后光束的光路上，+ 1级光束6先经过第一空间滤波器10滤波，再经过第一准直透镜12准直成第一曝光光束14;第二扩束准直系统1113包括第二空间滤波器11和第二准直透镜13，第二空间滤波器11与第二准直透镜13同轴设置，位于经第二平面反射镜9反射后光束的光路上，-1级光束7先经过第二空间滤波器11滤波，再经过第二准直透镜13准直成第二曝光光束15。
[0056]其中，第一空间滤波器10和第二空间滤波器11包含卓立汉光公司的显微物镜和针孔;第一准直镜12和第二准直镜13为石英材料凸透镜。
[0057]光栅基底17，所述光栅基地位于所述第一曝光光束14和所述第二曝光光束15的干涉区域内。所述光栅基底用于制作全息光栅，光栅基底17采用K9光学玻璃，K9光学玻璃上涂敷的光致抗蚀剂为日本Shipley 1805正型光致抗蚀剂。
[0058]测量光栅18，所述测量光栅18位于所述第一曝光光束14和所述第二曝光光束15的干涉区域内；且所述测量光栅为反射光栅，将所述第一曝光光束14经所述测量光栅18的N级衍射光与所述第二曝光光束15经所述测量光栅18的-(N+1)级衍射光沿相同方向出射，形成莫尔条纹19，其中，N为整数。
[0059]需要说明的是，只要光束的级次相差I即可实现形成莫尔条纹，因此，本实施例中不限定N的取值。例如，第一曝光光束经测量光栅的+2级衍射光与第二曝光光束经测量光栅的-1级衍射光形成莫尔条纹;或第一曝光光束经测量光栅的+1级衍射光与第二曝光光束经测量光栅的O级衍射光形成莫尔条纹;或第一曝光光束经测量光栅的O级衍射光与第二曝光光束经测量光栅的+1级衍射光形成莫尔条纹;或第一曝光光束经测量光栅的-1级衍射光与第二曝光光束经测量光栅的+2级衍射光形成莫尔条纹;或第一曝光光束经测量光栅的-2级衍射光与第二曝光光束经测量光栅的+3级衍射光形成莫尔条纹等。
[0060]为了使形成的莫尔条纹的明暗具有较高的对比多，便于后续光电探测器的探测，本实施例中优选的采用衍射效率较高的I级衍射光形成莫尔条纹，莫尔条纹由所述第一曝光光束经所述测量光栅的-1级(或+2级)衍射光与所述第二曝光光束经所述测量光栅的+2级(或-1级)衍射光沿相同方向出射形成，即莫尔条纹可以优选由第一曝光光束经所述测量光栅的+2级衍射光与所述第二曝光光束经所述测量光栅的-1级衍射光沿相同方向出射形成;也可以优选由第一曝光光束经所述测量光栅的-1级衍射光与所述第二曝光光束经所述测量光栅的+2级衍射光沿相同方向出射形成;本实施例中对此不做限定。
[0061]本实施例中优选的，所述测量光栅18与所述光栅基底17位于同一平面内，且位于同一干涉区域内，此时测量光栅能够直接反映曝光干涉条纹的相位变化。
[0062]第一光电探测器20和第二光电探测器21，所述第一光电探测器20和第二光电探测器21之间的间距为所述莫尔条纹19的奇数个二分之一周期，用于检测所述莫尔条纹的光强变化。
[0063]本实施例优选地，第一光电探测器20与第二光电探测器21均为光电二极管。需要说明的是，第一光电探测器20和第二光电探测器21用于检测莫尔条纹的光强变化，从而为后续干涉条纹相位调整做基础数据。优选地，第一光电探测器20与第二光电探测器21对称分布在莫尔条纹19的其中一条暗条纹的两侧，或对称分布在莫尔条纹的明条纹的两侧，SP第一光电探测器20与第二光电探测器21基本位于莫尔条纹的波形图的O点附近，此位置处波形图一阶导数最大，莫尔条纹亮度变化较为明显，探测光强变化较为明显，探测效果较好。
[0064]压电陶瓷3，压电陶瓷3连接在分束光栅4上，用于带动所述分束光栅4沿垂直于分束光栅的刻线的方向移动，调节所述第一曝光光束14和所述第二曝光光束15的干涉条纹的相位。
[0065]需要说明的是，本实施例中所述的垂直于分束光栅的刻线的方向即为图1和图2所示的左右方向，由于分束光栅是周期结构，因此，本实施例中不限定向左移动还是向右移动，左移右移都能调整干涉条纹的相位。
[0066]本实施例中的全息光栅曝光干涉条纹相位稳定装置，还可以包括线性工作台2，线性工作台2上固定分束光栅4，压电陶瓷3与线性工作台连接，压电陶瓷3通过驱动线性工作台2带动分束光栅4沿垂直分束光栅刻线的方向移动。
[0067]控制器22，所述控制器22的一端与所述第一光电探测器20和所述第二光电探测器21的输出端相连，另一端与所述压电陶瓷3相连;所述控制器22根据所述第一光电探测器20和所述第二光电探测器21的输出结果，计算得到控制量，控制所述压电陶瓷4移动，带动所述分束光栅4移动，调节所述第一曝光光束14和所述第二曝光光束15的干涉条纹的相位，使得所述干涉条纹的相位稳定。
[0068]具体的，如图3所示，控制器22包括光电信号调理电路221、带有PCI (PeripheralComponent Interconnect，一种局部总线的标准)插槽的工控机，所述工控机包括具有PCI插槽的AD转换板卡222、显示器与输入设备224、压电陶瓷控制器225。
[0069]第一光电探测器20与第二光电探测器21将检测到的光强信号转化为电流信号，光电信号调理电路221将电流信号转化为电压，并进行放大，形成AD转换板卡222所需要的满足测量范围的电压信号。AD转换板卡222将模拟电压转换为数字量，输入中央处理器223，中央处理器将两路模拟电压信号做差，将电压差值与预设的目标电压值做对比，通过PID控制算法计算得出控制量，输出控制量给压电陶瓷控制器，压电陶瓷控制器控制压电陶瓷向左或向右移动。由于是反馈控制，具体向左和向右移动量与干涉条纹的漂移量相关。
[0070]本发明实施例工作原理:光源激光入射到分束光栅上，出射的+1级和-1级衍射光束经过后端光路，干涉形成曝光干涉场。当分束光栅沿垂直光栅刻线方向移动距离I时，+1级衍射光产生2311/p的相位变化，-1级衍射光产生-2311/p的相位变化，曝光干涉条纹将产生4311/p的相位变化，其中P为分束光栅的周期，即分束光栅还可用于曝光干涉条纹的相位调整。
[0071]曝光干涉场区域涵盖光栅基底和测量光栅，测量光栅具有与曝光干涉条近似相等的周期。通过光路调整，曝光光束的衍射光重合形成便于测量的莫尔条纹。在测量光栅静止的条件下，莫尔条纹与曝光干涉条纹具有相同的相位变化。通过两个光电探测器测量莫尔条纹的相位变化，间接得到曝光干涉条纹的相位变化。控制器根据PID控制算法得到控制量，控制压电陶瓷，驱动线性工作台，带动固定在线性工作台上的分束光栅沿垂直光栅刻线方向运动，补偿曝光干涉条纹的相位变化，通过反馈控制稳定曝光干涉条纹的相位。
[0072]需要说明的是，当分束光栅沿垂直光栅刻线方向移动距离I时，曝光干涉条纹将产生4311/p的相位变化，即只与所述分束光栅的周期相关，与后端光路的具体形式和调整无关。在进行不同周期的光栅制作时，仅需更改后端光路，无需对分束光栅角度和位置进行重新调整，便于干涉条纹相位稳定装置的实现。
[0073]本实施例中提供的全息光栅曝光干涉条纹相位稳定装置，通过分束光栅分束，形成干涉场，同时通过光路调整，曝光光束的衍射光重合形成便于测量的莫尔条纹。在干涉条纹发生相位变化时，莫尔条纹同样发生相位变化，通过两个光电探测器测量莫尔条纹的相位变化，间接得到曝光干涉条纹的相位变化。控制器根据PID控制算法得到控制量，控制压电陶瓷，驱动线性工作台，带动固定在线性工作台上的分束光栅沿垂直光栅刻线方向运动，补偿曝光干涉条纹的相位变化，通过反馈控制稳定曝光干涉条纹的相位。
[0074]本发明实施例还提供一种全息光栅制作装置，包括:激光器;和全息光栅曝光干涉条纹相位稳定装置，所述全息光栅曝光干涉条纹相位稳定装置为上面实施例中能够对干涉条纹相位进行补偿的全息光栅曝光干涉条纹相位稳定装置。
[0075]激光器发射激光的波长与所制作的全息光栅的线密度有关，激光的波长小于全息光栅周期的2倍，另外需满足激光功率和相干性要求，只要满足上述要求的激光器均可用于曝光。本实施例中，激光器优选为Kr+激光器，其发射激光波长为413.lnm。
[0076]由于所述全息光栅制作装置基于能够对干涉条纹相位进行补偿的全息光栅曝光干涉条纹相位稳定装置，在制作全息光栅过程中能够长时间保持干涉条纹稳定，从而提高了全息光栅的曝光对比度，利于获取优质的全息光栅掩膜槽形，得到高质量的全息光栅。
[0077]本发明实施例还提供一种全息光栅曝光干涉条纹相位稳定方法，该方法基于图1和图3所示的装置，包括以下步骤:
[0078]步骤A:通过分束光栅4将激光分为多束光；
[0079]步骤B:采用光阑5对所述多束光中的O级光束进行遮挡；
[0080]步骤C:所述多束光中的+1级光束6经过第一平面反射镜8、第一扩束准直系统1012形成第一曝光光束14，照射在光栅基底17和测量光栅基底上;所述多束光中的-1级光束7经过第二平面反射镜9、第二扩束准直系统1113形成第二曝光光束15，照射在光栅基底17和测量光栅基底上;所述第一曝光光束14与所述第二曝光光束15相互干涉在所述光栅基底17和所述测量光栅基底上形成干涉条纹；
[0081 ] 步骤D:对所述测量光栅基底进行曝光、显影、定影处理后，形成测量光栅18，并放回原来所述测量光栅基底所在位置；
[0082]步骤E:重复步骤A、步骤B、步骤C，此时，所述第一曝光光束14与所述第二曝光光束15相互干涉在所述光栅基底17和所述测量光栅18上形成干涉条纹；
[0083]步骤F:所述第一曝光光束14经所述测量光栅18的N级衍射光与所述第二曝光光束15经所述测量光栅18的-(N-1)级衍射光沿相同方向出射，形成莫尔条纹19;
[0084]步骤G:利用第一光电探测器20和第二光电探测器21探测莫尔条纹19的光强变化，将光强变化信息发送给控制器22;
[0085]步骤H:控制器22根据所述第一光电探测器20和所述第二光电探测器21探测得到的莫尔条纹的光强变化，计算得到控制量，控制与所述分束光栅4连接在一起的压电陶瓷4移动，从而调节所述第一曝光光束14和所述第二曝光光束15的干涉条纹的相位，使得所述干涉条纹的相位稳定。
[0086]控制器22包括光电信号调理电路221、带有PCI插槽的工控机，所述工控机包括具有PCI插槽的AD转换板卡222、显示器与输入设备224、压电陶瓷控制器225。步骤H中，所述控制器22计算得到控制量的计算方法优选为为PID控制算法。
[0087]本发明实施例提供的全息光栅曝光干涉条纹相位稳定方法，基于上面实施例提供的全息光栅曝光干涉条纹相位稳定装置，能够对全息光栅曝光干涉条纹的相位移动进行补偿，得到稳定的全息光栅曝光干涉条纹。
[0088]需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
[0089]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【主权项】
1.一种全息光栅干涉条纹相位稳定装置，其特征在于，包括: 分束光栅(4)，所述分束光栅用于将激光分束成多束光，并用于调节干涉条纹的相位； 光阑(5)，所述光阑用于遮挡所述多束光中的O级光束； 第一平面反射镜(8)，位于所述多束光中的+ 1级光束(6)出射光路上，用于反射所述+1级光束； 第二平面反射镜(9)，位于所述多束光中的-1级光束(7)出射光路上，用于反射所述-1级光束； 第一扩束准直系统(1012)，所述第一扩束准直系统位于经所述第一平面反射镜(8)反射后光束的光路上，并将所述+1级光束(6)扩束成第一曝光光束(14); 第二扩束准直系统(1113)，所述第二扩束准直系统位于经所述第二平面反射镜(9)反射后光束的光路上，并将所述-1级光束(7)扩束成第二曝光光束(15); 光栅基底(17)，所述光栅基地位于所述第一曝光光束(14)和所述第二曝光光束(15)的干涉区域内； 测量光栅(18)，所述测量光栅(18)位于所述第一曝光光束(14)和所述第二曝光光束(15)的干涉区域内；且所述测量光栅为反射光栅，将所述第一曝光光束(14)经所述测量光栅(18)的N级衍射光与所述第二曝光光束(15)经所述测量光栅(18)的-(N-1)级衍射光沿相同方向出射，形成莫尔条纹(19)，其中，N为整数； 第一光电探测器(20)和第二光电探测器(21)，所述第一光电探测器(20)和第二光电探测器(21)之间的间距为所述莫尔条纹(19)的奇数个二分之一周期，用于检测所述莫尔条纹的光强变化； 压电陶瓷(3)，所述压电陶瓷(3)连接在所述分束光栅(4)上，用于带动所述分束光栅(4)移动，调节所述第一曝光光束(14)和所述第二曝光光束(15)的干涉条纹的相位； 控制器(22)，所述控制器(22)的一端与所述第一光电探测器(20)和所述第二光电探测器(21)的输出端相连，另一端与所述压电陶瓷(3)相连;所述控制器(22)根据所述第一光电探测器(20)和所述第二光电探测器(21)探测得到的莫尔条纹的光强变化，计算得到控制量，控制所述压电陶瓷(4)移动，带动所述分束光栅(4)沿垂直所述分束光栅刻线的方向移动，调节所述第一曝光光束(14)和所述第二曝光光束(15)的干涉条纹的相位，使得所述干涉条纹的相位稳定。2.根据权利要求1所述的全息光栅曝光干涉条纹相位稳定装置，其特征在于，还包括线性工作台(2)，所述线性工作台(2)上固定所述分束光栅(4)，所述压电陶瓷(3)通过驱动所述线性工作台(2)带动所述分束光栅(4)沿垂直所述分束光栅刻线的方向移动。3.根据权利要求1所述的全息光栅曝光干涉条纹相位稳定装置，其特征在于，所述第一扩束准直系统(1012)包括第一空间滤波器(10)和第一准直透镜(12)，所述第一空间滤波器(10)与所述第一准直透镜(12)同轴设置，位于经所述第一平面反射镜(8)反射后光束的光路上，所述+1级光束(6)先经过所述第一空间滤波器(10)滤波，再经过所述第一准直透镜(12)准直成所述第一曝光光束(14);所述第二扩束准直系统(1113)包括第二空间滤波器(11)和第二准直透镜(13)，所述第二空间滤波器(11)与所述第二准直透镜(13)同轴设置，位于经所述第二平面反射镜(9)反射后光束的光路上，所述-1级光束(7)先经过所述第二空间滤波器(11)滤波，再经过所述第二准直透镜(13)准直成所述第二曝光光束(15)。4.根据权利要求1所述的全息光栅曝光干涉条纹相位稳定装置，其特征在于，所述测量光栅(18)与所述光栅基底(17)位于同一平面内，且位于同一干涉区域内。5.根据权利要求1所述的全息光栅曝光干涉条纹相位稳定装置，其特征在于，所述莫尔条纹(19)由所述第一曝光光束(14)经所述测量光栅(18)的-1级衍射光与所述第二曝光光束(15)经所述测量光栅(18)的+2级衍射光沿相同方向出射形成;或所述莫尔条纹(19)由所述第一曝光光束(14)经所述测量光栅(18)的+2级衍射光与所述第二曝光光束(15)经所述测量光栅(18)的-1级衍射光沿相同方向出射形成。6.根据权利要求1所述的全息光栅曝光干涉条纹相位稳定装置，其特征在于，所述第一光电探测器(20)与所述第二光电探测器(21)均为光电二极管。7.根据权利要求1所述的全息光栅曝光干涉条纹相位稳定装置，其特征在于，所述第一光电探测器(20)与所述第二光电探测器(21)对称分布在所述莫尔条纹(19)的其中一条暗条纹的两侧。8.一种全息光栅制作装置，其特征在于，包括: 激光器； 全息光栅曝光干涉条纹相位稳定装置，所述全息光栅曝光干涉条纹相位稳定装置为权利要求1-7任意一项所述的全息光栅曝光干涉条纹相位稳定装置。9.一种全息光栅曝光干涉条纹相位稳定方法，其特征在于，包括: 步骤A:通过分束光栅(4)将激光分为多束光； 步骤B:采用光阑(5)对所述多束光中的O级光束进行遮挡； 步骤C:所述多束光中的+ 1级光束(6)经过第一平面反射镜(8)、第一扩束准直系统(1012)形成第一曝光光束(14)，照射在光栅基底(17)和测量光栅基底上;所述多束光中的-1级光束(7)经过第二平面反射镜(9)、第二扩束准直系统(1113)形成第二曝光光束(15)，照射在光栅基底(17)和测量光栅基底上;所述第一曝光光束(14)与所述第二曝光光束(15)相互干涉在所述光栅基底(17)和所述测量光栅基底上形成干涉条纹； 步骤D:对所述测量光栅基底进行曝光、显影、定影处理后，形成测量光栅(18)，并放回原来所述测量光栅基底所在位置； 步骤E:重复步骤A、步骤B、步骤C，此时，所述第一曝光光束(14)与所述第二曝光光束(15)相互干涉在所述光栅基底(17)和所述测量光栅(18)上形成干涉条纹； 步骤F:所述第一曝光光束(14)经所述测量光栅(18)的N级衍射光与所述第二曝光光束(15)经所述测量光栅(18)的-(N-1)级衍射光沿相同方向出射，形成莫尔条纹(19)，其中，N为整数； 步骤G:利用第一光电探测器(20)和第二光电探测器(21)探测莫尔条纹(19)的光强变化，将光强变化信息发送给控制器(22); 步骤H:控制器(22)根据所述第一光电探测器(20)和所述第二光电探测器(21)探测得到的莫尔条纹的光强变化，计算得到控制量，控制与所述分束光栅(4)连接在一起的压电陶瓷(4)移动，从而调节所述第一曝光光束(14)和所述第二曝光光束(15)的干涉条纹的相位，使得所述干涉条纹的相位稳定。10.根据权利要求9所述的全息光栅曝光干涉条纹相位稳定方法，其特征在于，步骤H中，所述控制器(22)计算得到控制量的计算方法为PID控制算法。
【文档编号】G02B5/18GK105954977SQ201610537325
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月8日
【发明人】宋 莹, 姜珊, 唐玉国, 巴音贺希格, 潘明忠, 李文昊
【申请人】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所