专利名称：闪耀凸面光栅的反应离子束蚀刻方法
技术领域：
本发明涉及闪耀凸面光栅的加工技术，特别是涉及一种闪耀凸面光栅的反应离子 束蚀刻方法。
背景技术：
凸面光栅应用于同心色散光学系统，如Offner结构成像光谱仪。与凹面光栅结构 相比，凸面光栅同心色散光学系统除了具有更好的像质外，最大的优点就是凸面光栅容易 制成闪耀光栅，使得系统的光谱响应可以根据使用条件设计。也就是它可以将光强集中在 某个使用光波波段范围内。美国的NASA所属喷气动力实验室在制作这类凸面光栅方面具有领先地位，已经 制作了 一些可见光波段和近红外波段的凸面光栅。但是在光栅制作工艺方面的研究仍然未 成熟。国内尚未对这种工艺进行过研究。
发明内容
为克服上述已有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种闪耀凸面光栅 的反应离子束蚀刻方法。这是一种采用反应离子束蚀刻技术加工闪耀凸面光栅的方法。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是一种闪耀凸面光栅的反应离子束蚀刻方法，包括以下步骤步骤一、凸面光栅掩模石英基片的放置；步骤二、若凸面光栅掩模石英基片的球半径为R，要制成的闪耀凸面光栅的闪耀角 为θ，则将离子束方向与光栅顶点处刻线所在平面成θ角；步骤三、制作蚀刻狭缝；步骤四、狭缝的放置；步骤五、蚀刻凸面光栅。所述步骤一中，凸面光栅掩模石英基片的放置，是将槽形为正弦型的凸面光栅掩 模石英基片放置在一个回转工作台上，球心在回转工作台的回转轴上；凸面光栅掩模顶点 处刻线所在平面经过回转轴，其余刻线所在平面平行于回转轴。所述步骤三中，所述的狭缝是一个二次锥面，宽度《 = 2i SingSii^，长度由凸面光 栅掩模石英基片外形尺寸决定，只要大于基片外形尺寸即可。所述步骤四中，所述狭缝到凸面光栅掩模石英基片的顶点的距离大于 11/9
iisini-狭缝的上下圆弧线与凸面光栅掩模石英基片顶点的圆弧刻线有相同回 转中心轴。所述步骤五中，蚀刻区域为相对于角度■？的凸面光栅掩模圆弧面上的光栅刻线。蚀
3刻完成后由回转工作台旋转I角度再进行第二次蚀刻，直到凸面光栅掩模的整个圆弧面全 部蚀刻结束为止。与现有技术相比，本发明的有益效果可以是本发明涉及的凸面光栅是指光栅刻线槽分布在凸球面的表面上，刻线之间互相平 行。首先在凸球面的石英基片上采用掩模光刻的方法制作成槽形是正弦型的凸面光栅掩 模，然后以它为基片进行离子束蚀刻。蚀刻以后成为槽形为锯齿形的闪耀凸面光栅。本发明的技术方案是采用分段蚀刻法，也就是对槽形为正弦型的凸面光栅掩模石 英基片进行分段离子束蚀刻，使得蚀刻后的闪耀凸面光栅的闪耀角理论相对误差为0. 1。
图Ia为闪耀凸面光栅的反应离子束蚀刻的第一加工示意图。图Ib为闪耀凸面光栅的反应离子束蚀刻的第二加工示意图。图2为凸面光栅掩模石英基片。它是采用掩模光刻的方法，在凸面光栅石英基片 上，制作成具有光刻胶正弦形槽的凸面光栅掩模。图3为闪耀凸面光栅。它是凸面光栅掩模石英基片经过离子束蚀刻后，在凸面光 栅石英基片的凸球面上形成锯齿形槽形的闪耀凸面光栅。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式
做进一步详细的说明，但不应以 此限制本发明的保护范围。闪耀凸面光栅反应离子束蚀刻方法的设计步骤是1、凸面光栅掩模石英基片的放置。将槽形为正弦型的凸面光栅掩模石英基片放置 在一个回转工作台上，球心在回转工作台的回转轴上。凸面光栅掩模顶点处刻线所在平面 经过回转轴，其余刻线所在平面平行于回转轴。2、假如凸面光栅掩模石英基片的球半径为R，要制成的闪耀凸面光栅的闪耀角为 θ，那么将离子束方向与光栅顶点处刻线所在平面成θ角。3、制作蚀刻狭缝。狭缝是一个二次锥面，宽度《 = 2i SingSin0，长度由凸面光栅 掩模石英基片外形尺寸决定，只要大于基片外形尺寸即可。4、狭缝的放置。狭缝到凸面光栅掩模石英基片的顶点的距离大于 11/9
i sini-Asir^;狭缝的上下圆弧线与凸面光栅掩模石英基片顶点的圆弧刻线有相同回 转中心轴。5、蚀刻凸面光栅。蚀刻区域为相对于角度*的凸面光栅掩模圆弧面上的光栅刻线。
蚀刻完成后由回转工作台旋转I角度再进行第二次蚀刻，直到凸面光栅掩模的整个圆弧面 全部蚀刻结束为止。采用以上5个步骤就可以蚀刻出设计者需要的闪耀凸面光栅，并且闪耀角理论相
4对误差为0. 1。下面接合附图进行说明。本发明的具体步骤如下1、如图la，将槽形为正弦型的凸面光栅掩模石英基片Σ放置在一个回转工作台 上，球心0在回转工作台的回转轴X轴上。凸面光栅掩模石英基片的顶点A处刻线所在平 面经过回转轴X轴，其余刻线所在平面平行于回转轴X轴。2、如图lb，假如凸面光栅掩模石英基片的球半径为R，要制成的闪耀凸面光栅的 闪耀角为θ，那么将离子束方向与光栅顶点A处刻线所在平面成θ角。3、制作蚀刻狭缝r。狭缝r是一个二次锥面如图la，Y轴是二次锥面旋转轴。二 次锥面方程为
宽度为α 二 2i singsin0，长度由凸面光栅掩模石英基片外形尺寸决定，只要大于
基片外形尺寸即可。4、狭缝的放置如下 使狭缝到凸面光栅的顶点A的距离δ 使狭缝的上下圆弧线与凸面光栅掩模石英基片顶点的圆弧刻线有相同回转中心 轴，即Y轴。5、蚀刻凸面光栅。蚀刻区域为相对于角度*的凸面光栅掩模圆弧面上的光栅刻线
如图1(b)。蚀刻完成后由回转工作台旋转*角度再进行第二次蚀刻，直到凸面光栅掩模的 整个圆弧面全部蚀刻结束为止。如图2所示，光刻胶正弦形槽2，是采用光刻的方法得到的。具体步骤是在凸面 光栅石英基片上镀上一层可用来记录位相信息的光刻胶薄膜，接着放入光学干涉系统中曝 光，然后再放入显影液中显影，形成光刻胶正弦形槽。如图3所示，锯齿形槽3，是指在符合要求的正弦型槽光栅掩模制备完成的基础 上，采用本发明的方法，通过离子束蚀刻将其转移到光栅基底材料中。其原理是当离子束 蚀刻方向与凸面光栅掩模石英基片上的光刻胶正弦形槽成一个角度时，由于石英基片上各 点的光刻胶厚度不一样，在光刻胶全部刻完时，在石英基片上刻蚀出的光栅截面为锯齿槽 形。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。任何 所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与 润饰，因此本发明的保护范围应当视权利要求书所界定范围为准。
权利要求
一种闪耀凸面光栅的反应离子束蚀刻方法，特征在于该蚀刻方法包括以下步骤步骤一、凸面光栅掩模石英基片的放置；步骤二、若凸面光栅掩模石英基片的球半径为R，要制成的闪耀凸面光栅的闪耀角为θ，则将离子束方向与光栅顶点处刻线所在平面成θ角；步骤三、制作蚀刻狭缝；步骤四、狭缝的放置；步骤五、蚀刻凸面光栅。
2.根据权利要求1所述的蚀刻方法，特征在于所述步骤一中，凸面光栅掩模石英基片 的放置，是将槽形为正弦型的凸面光栅掩模石英基片放置在一个回转工作台上，球心在回 转工作台的回转轴上；凸面光栅掩模顶点处刻线所在平面经过回转轴，其余刻线所在平面 平行于回转轴。
3.根据权利要求1所述的蚀刻方法，特征在于所述步骤三中，所述的狭缝是一个二次 锥面，宽度《 =，长度由凸面光栅掩模石英基片外形尺寸决定，只要大于基片外 形尺寸即可。
4.根据权利要求1所述的蚀刻方法，特征在于所述步骤四中，所述狭缝到凸面光栅掩1 \θ模石英基片的顶点的距离大于Wsin…狭缝的上下圆弧线与凸面光栅掩模石英 基片顶点的圆弧刻线有相同回转中心轴。
5.根据权利要求1所述的蚀刻方法，特征在于所述步骤五中，蚀刻区域为相对于角度*的凸面光栅掩模圆弧面上的光栅刻线。蚀刻完成后由回转工作台旋转*角度再进行第二次 蚀刻，直到凸面光栅掩模的整个圆弧面全部蚀刻结束为止。
全文摘要
本发明公开了一种闪耀凸面光栅的反应离子束蚀刻方法，包括以下步骤步骤一、凸面光栅掩模石英基片的放置；步骤二、若凸面光栅掩模石英基片的球半径为R，要制成的闪耀凸面光栅的闪耀角为θ，则将离子束方向与光栅顶点处刻线所在平面成θ角；步骤三、制作蚀刻狭缝；步骤四、狭缝的放置；步骤五、蚀刻凸面光栅。本发明的技术方案是采用分段蚀刻法，也就是对槽形为正弦型的凸面光栅掩模石英基片进行分段离子束蚀刻，使得蚀刻后的闪耀凸面光栅的闪耀角理论相对误差为0.1。
文档编号G02B5/18GK101900844SQ201010169360
公开日2010年12月1日 申请日期2010年5月7日 优先权日2010年5月7日
发明者倪争技, 孙刘杰, 庄松林, 张大伟, 徐邦联, 朱冬月, 黄元申 申请人:上海理工大学