专利名称：一种中阶梯光栅的复制方法
技术领域：
本发明涉及一种基于母光栅和光栅毛坯复制中阶梯光栅的复制方法。
背景技术：
中阶梯光栅由于形状像阶梯而得名，它具有良好的闪耀槽型和较大的光栅间距。 中阶梯光栅可以使高级次的光谱得到最大的相对光强，并兼有高的分辨率。中阶梯光栅采用与一般光栅不同的方法来提高分辨率，在一般光栅中，光谱级次K小,刻槽总数N大,而中阶梯光栅中，N小，K大，即中阶梯光栅的槽数少，而光谱的级次高，这是两类光栅的区别。此外，由于中阶梯光栅的相对于单狭缝的阶梯高度相对于波长来说是很大的，由它产生的单缝衍射中最大角宽度很小，所以只有一、二个高级次光谱出现，这就决定了中阶梯光栅适合于研究光谱的超精细结构，而不像一般光栅那样用于相当宽广的光谱区域。
一般中阶梯光栅都是由机械刻划得到的，而国内该项技术并不成熟，这就导致中阶梯光栅都要从国外进口，研究成本大大提高。光栅复制技术的出现，可以解决这一问题， 从国外购买得到的高质量的中阶梯光栅通过光栅复制，就能获得性能接近母光栅的复制光栅。复制光栅可以成批生产，一块母光栅在大多数情况下都可以复制出质量良好的复制光栅，复制出的光栅还可作为副母光栅(即第一代光栅)来进行第二代拷贝，这样的重复复制工作一般可以进行到第九代。光栅复制减少了中阶梯光栅的购买成本，可以较好地满足生产技术发展对光栅的需求。
国内通过真空镀膜机对普通光栅进行复制的工艺虽然已较成熟，但若在制过过程中某些环节处理不佳，也会出现质量不好的情况。而相比起普通光栅，中阶梯光栅线数少， 导致其膜厚槽深，而普通的复制工艺并非专门针对中阶梯光栅，无法精确控制油量和铝层厚度，因而若采用普通的复制工艺，会导致复制难以成功。发明内容
为了解决上述中阶梯光栅复制时存在的问题，本发明提供了一种中阶梯光栅的复制方法，改进了用于复制普通光栅的真空镀膜法，在复制过程中精确控制所镀 油与镀铝的量及真空度的高低，对各数据进行严格监控，实现对中阶梯光栅的复制工作，不仅可以通过一次复制就得到性能接近母光栅的中阶梯光栅，也可以通过二次复制得到槽面有小平面的中阶梯光栅。
本发明为了实现上述目的，采用了以下技术方案:
本发明提供一种中阶梯光栅的复制方法，包括以下步骤:
a.将清洁处理好的母光栅装在真空镀膜机的蒸发室的工具架上，通过毛细吸管定标精确控制硅油的用量，在第一电极上加上所述硅油，在第二电极上加上铝丝，将蒸发电极的位置改到真空镀膜机底板中间，通过标定确定修正板的形状与位置，并安装晶控膜厚监测仪；
b.镀油:关闭蒸发室抽高真空，当达到第一真空度时，缓慢增加蒸发电流对母光栅进行镀油，得到已镀油母光栅；
C.镀铝:油镀好后继续抽真空，当达到第二真空度时，缓慢增加蒸发电流对已镀油母光栅进行镀铝，采用晶控膜厚检测仪来控制所镀铝层的厚度，得到已镀铝母光栅；
d.将已镀铝母光栅送入烘箱中，在一定温度下保温一段时间；
e.去气泡:将胶粘剂放到真空镀膜机中，首先抽低真空一段时间，接着用离子源轰击胶粘剂，然后抽高真空一段时间，接着将处理完成的胶粘剂放到烘箱中，在一定温度下预热，得到预热完成的胶粘剂；
f.粘结:将预热完成的胶粘剂滴到已镀铝母光栅表面，再将已清洁处理好的光栅毛坯压到已镀铝母光栅上，接着将压块压到光栅毛坯上，并一起送入到烘箱中于一定温度下保温一定时间；
g.关闭烘箱，当温度降至室温后，将母光栅和压块移除，得到中阶梯光栅；
h.当母光栅有小平面时，再以第一次复制得到的中阶梯光栅作为母板，重复步骤a、b、C、d、f、g，进行第二次复制，可以得到槽面有小平面的中阶梯光栅。
进一步，本发明的复制方法，还可以具有这样的特征，在步骤a中:母光栅清洁处理方法为用皮吹风吹掉母光栅表面的灰尘，娃油为5.25毫克,第一电极为一根,第二电极为两根，在每个第二电极上都加上一根铝丝。
进一步，本发明的复制方法，还可以具有这样的特征，在步骤b中:第一真空度为 8*10_3Pa，蒸发电流加至IJ 50A。
进一步，本发明的复制方法，还可以具有这样的特征，在步骤c中:第二真空度为 l*10_3Pa，镀铝时先镀第二电极上的一根铝丝，当镀完一根铝丝后，接着抽真空一段时间，真空度再次回到第二真空度后，接着镀第二电极上的第二根铝丝，已镀铝母光栅的铝层的厚度为100-120nm，其误差在5nm以下。
进一步，本发明的复制方法，还可以具有这样的特征，在步骤d中:一定温度为 60°C，一段时间为30分钟。
进一步 ，本发明的复制方法，还可以具有这样的特征，在步骤e中:轰击电流为 100mA，抽低真空和抽高真空的时间都为7-8分钟。
另外，本发明的复制方法，还可以具有这样的特征，在步骤f中:光栅毛坯的清洁方法为:先用碳酸钙擦洗，再用自来水冲洗，最后用酒精乙醚混合液擦干净，一定的加压压力为每平方厘米50克，一定时间为4小时。
发明的作用与效果
根据本发明提供的一种基于母光栅和光栅毛坯复制中阶梯光栅的复制方法，通过在毛细吸管上的对应刻度定标来确定油的质量，以此来精确控制油量；通过将蒸发电极的位置改到镀膜机底板中间，再安放修正板，通过标定来确定修正板的形状与位置，使所镀铝层的厚度更均匀；再通过安装晶控膜厚监测仪来控制所镀铝层的厚度，以此来获得所需要的铝层厚度并将厚度均匀性误差控制在5nm以下；通过严格检测真空度，提高所镀油层与所镀铝层的质量，进而提高所复制的中阶梯光栅的质量，最终得到性能与母光栅十分接近的中阶梯光栅。而对于槽面有小平面的中阶梯母光栅，也通过将第一次复制得到的复制光栅作为母光栅再一次进行复制，从而得到具有小平面的中阶梯光栅。
图1是本发明的实施例中中阶梯光栅复制过程的示意图。
图2是本发明的实施例中真空镀膜机的示意图。
图3是本发明的实施例中槽面有小平面的中阶梯光栅通过二次复制得到复制光栅的示意图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明所涉及的中阶梯光栅的复制方法做详细阐述。
采用本发明的一种中阶梯光栅的复制方法，包括以下步骤:
首先对母光栅10和光栅毛坯11进行清洁处理，母光栅表面一定要清洁，否则母光栅本身表面的外加缺陷就会复制到光栅毛坯上，进而影响复制光栅的表面质量，以及用复制光栅做测试得到的光谱质量。母光栅的清洁方法是:用皮吹风吹掉母光栅表面的灰尘； 为提高复制光栅的牢固度，还需对光栅毛坯进行彻底的清洁处理，其清洁方法是:先用碳酸钙擦洗光栅毛坯，再用自来水对其冲洗，最后用酒精乙醚混合液擦干净。
根据图2，将清洁处理好的母光栅装在真空镀膜机(DM-450A) 20的蒸发室的工具架21上，通过毛细吸管定标精确控制硅油的用量。硅油用量对光栅复制过程影响很大，镀油量过多，会损害对光栅质量，而镀油量过少，会导致母光栅和复制光栅分离困难，因此通过反复试验，确定在第一电极上加上5.25毫克硅油。接着在两根第二电极上分别加上一根铝丝。为了保证镀膜均一性，将蒸发电极23的位置改到所述真空镀膜机底板中间，再通过标定来确定修正板22的形状与位置，并通过安装晶控膜厚监测仪来控制所需铝层的厚度。
根据图1，在镀油时，真空度过高会使油珠溅失，而真空度过低则会使光栅表面发黑，选择在真空度为8*10_3Pa时镀油。关闭蒸发室抽高真空，当真空度达到8*10_3Pa时，对所述母光栅进行镀油12，为了防止油珠溅失，缓慢增加蒸发电流到50A，得到已镀油母光栅13 ;油镀好后继续抽真空，在镀铝时，真空度越高，铝层的质量越好，因此选择真空度为 l*10_3Pa时镀铝。当真空度到达l*10_3Pa时，对所述母光栅进行镀铝14，缓慢增加蒸发电流到50A，先镀第二电极上的一根铝丝，当镀完一根铝丝后，接着抽真空，使真空度回到第二真空度l*10_3Pa，接着镀第二电极上的第二根铝丝，得到已镀铝母光栅15，铝层的厚度为 100-120nm,其误差在5nm以下。将已镀铝母光栅送入烘箱中保温，保温温度为60°C，保温时间为30min。
对于配置好的胶粘剂16，里面会存在一些小气泡，如果不对其进行处理，在进行光栅复制时就会破坏光栅母板及所复制的光栅，使复制实验失败。因此需将胶粘剂放到真空镀膜机中去气泡，首先抽低真空7-8分钟，接着用离子源轰击所述胶粘剂，轰击电流控制在 100mA，然后抽高真空7-8分钟，接着将处理完成的胶粘剂放到烘箱中保温，保温温度同已镀铝母光栅的保温温度一致，为60°C，保温时间为1-2分钟。
将处理完成的胶粘剂滴到已镀铝母光栅表面，再将已清洁处理好的光栅毛坯慢慢压到所述处理完成的胶黏剂上，先将光栅毛坯的一边与母光栅重合·，再倾斜一小角度慢慢放下光栅毛坯，以免产生气泡，然后按压使胶展开直至充满整个夹层，为了使胶层尽量薄而均勻，让其充分接触光栅刻槽，以减少固化过程中的变形，增加粘结牢固度，需要适量加压， 一般压力为每平方厘米50克，将压块17压到所述光栅毛坯上，得到待分离的光栅毛坯18 ；
将待分离的光栅毛坯放在烘箱中保温，保温温度为60°C，保温时间为4小时左右。 烘箱慢慢冷却后，用刮削或磨削的方法，清除倒角部分积存的固化的胶粘剂，然后用专门的分离夹具进行分离，分离好后，对倒角部分精细地加以修磨，即可得到外表美观的复制光栅 19。
根据图3，当母光栅24有小平面时，用第一次复制得到的中阶梯光栅作为母板25， 重复步骤以上步骤，进行二次复制，可以得到有小平面的中阶梯光栅26。
实施例作用与效果
根据本实施例涉及的一种中阶梯光栅的复制方法，可以通过在毛细吸管上定标来确定对应刻度的油的质量，以此来精确控制油量在5.25毫克；通过将蒸发电极的位置改到镀膜机底板中间，再安放修正板，通过标定来确定修正板的形状与位置，使所镀铝层的厚度更均匀，再通过安装晶控膜厚监测仪来控制所镀铝层的厚度，以此来获得所需要的铝层厚度为100-120nm并将厚度均匀性误差控制在5nm以下；通过严格控制第一真空度为 8*10_3Pa，第二真空度为l*10_3Pa，提高所镀油层与所镀铝层的质量，进而得到了性能与母光栅十分接近的中阶梯光栅，当母光栅的槽面有小平面时，通 过二次复制，可以得到槽面有小平面的中阶梯光栅。
权利要求
1.一种基于母光栅和毛坯复制中阶梯光栅的复制方法，其特征在于，包括以下步骤a.将清洁处理好的所述母光栅装在真空镀膜机的蒸发室的工具架上，通过毛细吸管定标精确控制硅油的用量，在第一电极上加上所述硅油，在第二电极上加上铝丝，将蒸发电极的位置改到所述真空镀膜机底板中间，通过标定确定修正板的形状与位置，并安装晶控膜厚监测仪；b.镀油关闭蒸发室抽高真空，当达到第一真空度时，缓慢增加蒸发电流对所述母光栅进行镀油，得到已镀油母光栅；c.镀铝油镀好后继续抽真空，当达到第二真空度时，缓慢增加蒸发电流对所述已镀油母光栅进行镀铝，采用晶控膜厚检测仪来控制所镀铝层的厚度，得到已镀铝母光栅；d.将所述已镀铝母光栅送入烘箱中，在一定温度下保温一段时间；e.去气泡将胶粘剂放到所述真空镀膜机中，首先抽低真空一段时间，接着用离子源轰击所述胶粘剂，然后抽高真空一段时间，接着将处理完成的胶粘剂放到烘箱中，在所述一定温度下预热，得到预热完成的胶粘剂；f.粘结将所述预热完成的胶粘剂滴到所述已镀铝母光栅表面，再将已清洁处理好的所述光栅毛坯压到所述已镀铝母光栅上，接着将压块压到所述光栅毛坯上，并一起送入到烘箱中于所述一定温度下保温一定时间；g.关闭烘箱，当温度降至室温后，将所述母光栅和所述压块移除，得到所述中阶梯光h.当所述母光栅有小平面时，再以第一次复制得到的所述复制光栅作为母板，重复步骤a、b、C、d、f、g，进行第二次复制，可以得到槽面有小平面的中阶梯光栅。
2.根据权利要求I所述的中阶梯光栅的复制方法，其特征在于，在步骤a中所述母光栅清洁处理方法为用皮吹风吹掉所述母光栅表面的灰尘，所述硅油为5. 25毫克，所述第一电极为一根，所述第二电极为两根，在每个所述第二电极上都加上一根所述铝丝。
3.根据权利要求I所述的中阶梯光栅的复制方法，其特征在于，在步骤b中所述第一真空度为8*10_3Pa，所述蒸发电流加到50A。
4.根据权利要求I所述的对中阶梯光栅的复制方法，其特征在于，在步骤c中所述第二真空度为l*10_3Pa，镀铝时先镀所述第二电极上的一根铝丝，当镀完一根铝丝后，接着抽真空一段时间，真空度再次回到所述第二真空度后，接着镀所述第二电极上的第二根铝丝， 所述已镀铝母光栅的铝层的厚度为100-120nm，其误差在5nm以下。
5.根据权利要求I所述的对中阶梯光栅的复制方法，其特征在于，在步骤d中所述一定温度为60°C，所述一段时间为30分钟。
6.根据权利要求I所述的对中阶梯光栅的复制方法，其特征在于，在步骤e中所述轰击电流为100mA，所述抽低真空和抽高真空的时间都为7-8分钟。根据权利要求I所述的对中阶梯光栅的复制方法，其特征在于，在步骤f中所述光栅毛坯的清洁方法为先用碳酸钙擦洗，再用自来水冲洗，最后用酒精乙醚混合液擦干净，所述一定的加压压力为每平方厘米50克，所述一定时间为4小时。
全文摘要
一种中阶梯光栅的复制方法，包括以下步骤a.将母光栅装在真空镀膜机中，通过毛细吸管定标精确控制硅油的用量，在电极上加上硅油和铝丝，将蒸发电极的位置改到真空镀膜机底板中间，确定修正板的形状与位置，安装晶控膜厚监测仪；b.当达到第一真空度时，对母光栅进行镀油；c.油镀好后继续抽真空，当达到第二真空度时，对已镀油母光栅进行镀铝d. 将已镀铝母光栅送入烘箱中保温；e.将胶粘剂去气泡并放到烘箱中预热；f.将处理完成的胶粘剂滴到已镀铝母光栅表面，再将已清洁处理好的光栅毛坯压到胶黏剂上，接着将压块压到光栅毛坯上，并送入烘箱保温；g.移除母光栅和压块，得到中阶梯光栅。
文档编号G02B5/18GK103255387SQ201310085578
公开日2013年8月21日 申请日期2013年3月16日 优先权日2013年3月16日
发明者李柏承, 黄元申, 韩姗, 徐邦联, 凌进中, 王 琦, 张大伟, 陈忠涛 申请人:上海理工大学