专利名称：一种白光干涉位移传感器中楔形膜及其制作方法
技术领域：
本发明涉及楔形膜制作的技术领域，特别涉及一种白光干涉位移传感器中楔形膜及其制作方法。
背景技术：
现有技术1 采用镀介质膜的方法制作楔形膜。该方法的工艺过程是首先，在光学基板上镀制半透半反膜，然后在半透半反膜上镀楔形介质膜，最后在介质膜上镀一层半透半反膜，从而形成斐索干涉仪中的楔形膜。该方法的缺点是一、镀厚度在5μπι-40μπι间线性变化的介质膜，其控制难度大，成功率低；二、厚度较厚的介质膜由镀膜机的真空环境中取出时，在空气中受到湿度和内应力的影响，容易产生褶皱而损坏；三、镀制介质膜的设备昂贵，镀40 μ m的介质膜需要20小时以上，制作成本较高。现有技术2 利用两个单面镀制有半透半反膜的光学基板，基板一端用40 μ m左右的间隔装置，另一端直接接触，形成楔形空气间隔。此方法虽然简单，但为了保证楔形空腔的腔长和位置的线性关系，两个光学基板的镀膜面必须有较好的面型，而基板厚度是保证面型的基础，这增加了斐索干涉仪的空间尺寸。同时，每一个斐索干涉仪中均有两个面要求加工出较高的面型，这大大增加了制作成本。目前采用白光干涉位移传感器进行位移测量的技术能实现全光的位移测量，其中对楔形膜的要求是楔形，厚度变化为线性，前后两个面的透射率按某一比例关系。白光干涉位移传感器工作原理见图11，宽光谱的白光8经过Y型光纤9中的一根光纤入射到楔形膜，经过楔形膜10(连接到待测物)上下表面反射后，带有波长信息的光通过Y型光纤9中的另一根光纤传输到透镜11，经透镜11准直扩束后，均勻照射到楔形膜12上，与光纤入射到楔形膜10 位移处厚度相等的位置处出现白光自相关干涉信号，该信号被楔形膜12后的CCD光敏元件 13接收，根据在CXD上信号的位置，判断光纤入射到楔形膜10上光斑位置，从而进行位移解调。本发明的目的是为了解决目前白光干涉位移传感器中厚度在5 μ m-50 μ m间厚度线性变化的楔形腔制作难、成本高或组成楔形腔的光学元件空间尺寸太大的问题，而提出的一种采用有机材料通过两次复制压印的方式制作白光干涉位移传感器中需求的楔形结构的方法。
发明内容
本发明为了解决上述制作楔形膜中存在的问题，提出一种适用于白光干涉位移传感器中需求的厚度在5 μ m-50 μ m间线性变化的楔形膜制备方法。本发明采用的技术方案为一种白光干涉位移传感器中楔形膜的制作方法，该方法的步骤如下步骤1、光学基板涂SU8胶，模板涂脱模剂。在厚度为2 3mm光学基板上旋涂SU8
3胶，胶的厚度约为25 μ m,前烘65°C，烘烤10分钟，然后升温至95°C，烘烤30 60分钟；面型为1/10波长(波长为632. 8nm)的光学模板表面涂脱模剂；步骤2、复制模板面型将涂有脱模剂的模板压印在涂有SU8胶的光学基板上，施加一定的压力，保证二者完全贴合，放入真空烘箱加热，温度在100 120°C之间，时间2 3小时；步骤3、紫外固化SU8胶紫外固化模板和基板之间的SU8胶，再次将模板和基板一起放入烘箱，后烘温度为95 120°C之间，时间为30分钟，烘完后随烘箱冷却至室温；然后坚膜，烘箱温度升至150°C，时间15分钟，烘完随烘箱冷却至室温；步骤4、脱模并去除脱模剂脱模后，利用辉光放电灰化去除基板上SU8表面的脱模剂；步骤5、镀半透半反膜利用溅射镀膜机在固化后的SU8表面镀制铬膜，厚度 2015nm 之间；步骤6、铬膜表面涂SU8胶，模板涂脱模剂在铬膜表面上旋涂SU8，厚度约50 μ m, 前烘65°C 10分钟，然后升温至100°C，50 70分钟；在面型为1/10波长(波长为632. 8nm) 的光学模板表面涂脱模剂；步骤7、电镀制作台阶将一端的SU8胶清洗干净，电镀30 50 μ m的台阶；步骤8、压印形成楔形再次将涂有脱模剂的模板压印在SU8表面，施加一定的压力，并放入真空烘箱，温度在100 120°C之间，时间2 3小时，加热过程中保持压力恒定；步骤9、紫外固化SU8胶紫外固化模板和铬膜之间的SU8胶，再次将模板和基板一起放入烘箱，后烘温度为95 120°C之间，时间为30分钟；步骤10、脱模并去除脱模剂脱模后，利用辉光放电灰化去除基板上SU8表面的脱模剂；步骤11、镀金属膜利用溅射镀膜机镀制金属膜，厚度2 6nm之间；步骤12、楔形膜制作完成。一种白光干涉位移传感器中楔形膜，采用上述方法制备而成。本发明的优点和积极效果1、采用模板复制技术，光学基片不需要有很高的面型要求，只需把模板的面型做到0.1个波长，通过两次压印复制技术，使楔形膜上下两个表面的面型与模板一致，保证了楔形膜的厚度变化为线性变化。同时相对于现有技术2，降低了光学基板的加工成本，减小了基板的厚度，即减小了斐索干涉仪中楔形膜的空间尺寸；2、采用目前常用的有机材料SU8胶作为楔形膜中间的材料，替换了现有技术中采用镀介质膜的方法，大大降低了成本，不需要镀介质膜的专用设备。SU8胶固化后呈现玻璃态，受温度变化影响小，能够承受高低温的变化。
图1在光学基板1上涂SU8胶2 ；图2用涂有脱模剂的模板3压印在涂有SU8胶2的光学基板1上，进行加热，紫外固化，使SU8胶的面型和3的面型一致；图3固化SU8胶2后，将模板3分离，用灰化方法处理2表面残留的脱模剂；
图4在SU8胶表面溅射镀金属铬膜4 ；图5在铬膜表面再次旋涂SU8胶5，厚度在30 50 μ m之间；图6去除一端的SU8，电镀形成30-50 μ m的台阶6，再次用涂有脱模剂的模板3压印SU8胶5，在3上施加恒定的力，同时进行加热，固化处理；图7固化SU8胶5后，用灰化设备处理SU8胶5表面，去除残留的脱模剂；图8在SU8胶5表面镀金属膜(Au，Al等)；图9切割去除端部无楔形膜的部分，制备完成。图10压印法制作白光干涉位移传感器中楔形膜的流程图。图11白光干涉位移传感器的工作原理图。
具体实施例方式实施例一在厚度为2mm，两个面均为光学表面的BK7光学玻璃上旋涂上SU8胶，厚度为 2(^111，通过前烘651，时间10分钟，升温至95°C，时间40分钟，如图1在面型为1/10波长 (波长为632. 8nm)的光学模板表面涂脱模剂。将涂有脱模剂的模板压印在涂有SU8胶的光学基板上，施加一定的压力，保证二者完全贴合，放入真空烘箱加热，温度在100°c，时间2小时，如图3。紫外固化模板和基板之间的SU8胶，再放入烘箱，温度为95-120°C之间，时间为30 分钟，烘完后随烘箱冷却至室温；然后坚膜，烘箱温度升至150°C，时间15分钟，烘完随烘箱
冷却至室温。脱模后，利用辉光放电灰化去除基板上SU8表面的脱模剂，如图3利用溅射镀膜机镀制铬膜，厚度20nm如图4。在基板的铬膜表面上旋涂SU8，厚度约50 μ m，前烘65 °C 10分钟，然后升温至 IOO0C,60分钟，如图5，在模板上涂脱模剂。将一端的SU8胶清洗干净，铬膜表面电镀形成30-50 μ m的台阶6，再次将涂有脱模剂的模板压印在SU8表面，施加一定的压力，并放入真空烘箱，温度在100°C，时间2小时，加热过程中保持压力恒定，如图6。利用辉光放电灰化去除基板上SU8胶5表面上的脱模剂，如图7，利用溅射镀膜机镀制金膜，厚度4nm如图8。用玻璃刀切割去除顶端无楔形膜处，得到白光干涉位移传感器用楔形膜。如图9。实施例二 在厚度为3mm，两个面均为光学表面的石英光学基板上涂30 μ m的SU8胶，前烘， 压印，脱模、灰化、镀铬膜和实施例一相同；二次涂SU8胶，厚度为45 μ m后，去除一端的SU8 胶，电镀出40 μ m的台阶。其余与实施例一相同。实施例三在光学基板上涂20 μ m的SU8胶，前烘，压印，脱模、灰化、镀铬膜和实施例一相同； 二次涂SU8胶，厚度为35 μ m后，去除一端的SU8胶，电镀出30 μ m的台阶。中间过程与实施例一相同，利用辉光放电灰化去除基板上SU8胶5表面上的脱模剂，如图7，去除电镀台阶6，镀制铝膜，厚度6nm，如图8。
其余与实施例一相同。
权利要求
1.一种白光干涉位移传感器中楔形膜的制作方法，其特征在于该方法的具体实施步骤如下步骤1、光学基板涂SU8胶，模板涂脱模剂。在厚度为2 3mm光学基板上旋涂SU8胶， 胶的厚度约为25 μ m，前烘65°C，烘烤10分钟，然后升温至95°C，烘烤30 60分钟；面型为1/10波长(波长为632. 8nm)的光学模板表面涂脱模剂；步骤2、复制模板面型将涂有脱模剂的模板压印在涂有SU8胶的光学基板上，施加一定的压力，保证二者完全贴合，放入真空烘箱加热，温度在100 120°C之间，时间2 3小时；步骤3、紫外固化SU8胶紫外固化模板和基板之间的SU8胶，再次放入烘箱，后烘温度为95 120°C之间，时间为30分钟，烘完后随烘箱冷却至室温；然后坚膜，烘箱温度升至 150°C，时间15分钟，烘完随烘箱冷却至室温；步骤4、脱模并去除脱模剂脱模后，利用辉光放电灰化去除基板上SU8表面的脱模剂；步骤5、镀半透半反膜利用溅射镀膜机在固化后的SU8表面镀制铬膜，厚度20 25nm 之间；步骤6、铬膜表面涂SU8胶，模板涂脱模剂在铬膜表面上旋涂SU8，厚度约50 μ m，前烘 65°C 10分钟，然后升温至100°C，50 70分钟；在面型为1/10波长(波长为632. 8nm)的光学模板表面涂脱模剂；步骤7、电镀制作台阶将一端的SU8胶清洗干净，电镀30 50 μ m的台阶； 步骤8、压印形成楔形再次将涂有脱模剂的模板压印在SU8表面，施加一定的压力，并放入真空烘箱，温度在100 120°C之间，时间2 3小时，加热过程中保持压力恒定；步骤9、紫外固化SU8胶紫外固化模板和铬膜之间的SU8胶，再次放入烘箱，后烘温度为95 120°C之间，时间为30分钟；步骤10、脱模并去除脱模剂脱模后，利用辉光放电灰化去除基板上SU8表面的脱模剂；步骤11、镀金属膜利用溅射镀膜机镀制金属膜，厚度2 6nm之间； 步骤12、楔形膜制作完成。
2.一种白光干涉位移传感器中楔形膜，其特征在于其采用上述方法制备而成。
全文摘要
本发明公开了一种白光干涉位移传感器中楔形膜及其制作方法，该方法用压印技术在普通的光学基底上得到较好的面型，在压印后的基底上镀制反射率为某一值的金属膜，再在金属膜上通过压印技术制作出楔形膜，在楔形膜上表面镀制设计要求的半透半反膜，得到线性楔形膜。本发明这种厚度单调线性变化的楔形膜的制作方法解决了传感器中厚度在5～50微米线性变化的楔形膜的制作难题，为白光干涉位移传感器的研制提供了关键技术。
文档编号G02B1/10GK102540281SQ20121002254
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月1日 优先权日2012年2月1日
发明者付绍军, 刘正坤, 徐向东, 邱克强, 黄涛 申请人:中国科学技术大学