一种应用刻划机制作平面双闪耀光栅的方法与流程

本发明涉及衍射光栅制作技术领域，特别涉及一种应用刻划机制作平面双闪耀光栅的方法。

背景技术：

衍射光栅是一种纳米级精度的光学元件，是光谱仪器的核心元件，广泛应用于天文、国防、工业等领域。光栅的闪耀效率和闪耀波长主要受光栅槽形的影响，光栅设计时，我们总希望能量能够在宽的波段范围内，如从紫外到红外波段均具有较高的衍射效率，但是实际上还是很困难的，因此，提出了双闪耀光栅的概念，出现了双闪耀光栅产品，双闪耀光栅由于具有宽波段的高效率优势，具有非常广阔的市场前景。

目前，双闪耀光栅的主要制作方法主要包括以下两种：一种是机械刻划制作方法，如专利名称为一种双闪耀光栅的制作方法(公开号为cn103543485a)的中国发明专利，公开了一种平面双闪耀光栅的制作方法，包括a闪耀区和b闪耀区光栅的刻划，包括步骤：a闪耀区光栅的刻划和b闪耀区光栅的刻划；该方法改进了闪耀区域间精密过渡时的刻刀更换方法，但是机械刻划制作双闪耀光栅很容易受机器精度的影响导致衔接位置不适进而产生刻线误差，无法保证波前质量，降低了双闪耀光栅的理论效率，另外，不同刻划面积和刻线密度均需要一套刻刀更换结构，制作双闪耀光栅成本大周期长；另一种方法是利用全息方法制作双闪耀光栅，如专利名称为一种全息双闪耀光栅的制作方法(公开号为cn102323634a)的中国发明专利，公开一种全息双闪耀光栅的制作方法，包括下列步骤：1)在基片上涂布光刻胶，该光刻胶厚度由所述a闪耀角决定；2)对所述光刻胶层进行光刻，形成用于制作a闪耀角的光刻胶光栅；3)遮挡所述b光栅区，在a光栅区上，以所述光刻胶光栅为掩模，对基片进行斜向ar离子束刻蚀，利用光刻胶光栅掩模对离子束的遮挡效果，使基片材料的不同位置先后被刻蚀，形成a闪耀角的闪耀光栅；4)遮挡所述a光栅区，在b光栅区上，以所述光刻胶光栅为掩模，对基片进行正向离子束刻蚀，将光刻胶光栅图形转移到基片上，形成b光栅区的同质光栅，刻蚀深度由b闪耀角决定；5)清洗基片，去除剩余光刻胶；6)遮挡a光栅区，以所述b光栅区的同质光栅为掩模，对基片进行斜向ar离子束扫描刻蚀，利用同质光栅掩模对离子束的遮挡效果，使基片材料的不同位置先后被刻蚀，形成b闪耀角的闪耀光栅；7)清洗基片，得到双闪耀角的闪耀光栅；该方法理论上便于实现，但是全息方法刻蚀的光栅槽型难以控制，刻槽粗糙，衍射效率低。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种应用刻划机制作平面双闪耀光栅的方法，通过安装调整，再通过具有闪耀角θ1的第一光栅刻刀和具有闪耀角θ2的第二光栅刻刀对安装在刻划机上的工作台的待刻划的光栅基底进行平面双闪耀光栅的制作。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：

一种应用刻划机制作平面双闪耀光栅的方法，其中，包括如下步骤：

步骤s1、将调整好的具有闪耀角θ1的第一光栅刻刀和具有闪耀角θ2的第二光栅刻刀分别安装在刻划机上的第一光栅刻划刀架系统和第二光栅刻划刀架系统上；

步骤s2、将待刻划的光栅基底安装在刻划机上的工作台；

步骤s3、调整第一光栅刻划刀架系统和第二光栅刻划刀架系统，使得其满足设定的刻线误差的要求；

步骤s4、分别调整第一光栅刻划刀架系统上用于控制第一光栅刻刀的第一抬落接近开关和第二光栅刻划刀架系统上用于控制第二光栅刻刀的第二抬落接近开关，从而调节第一光栅刻刀和第二光栅刻刀的光栅刻划区域在光栅基底上的位置、刻划区域面积以及两块刻划光栅区域之间的间隙δx；

步骤s5、启动刻划机，进行平面双闪耀光栅的制作。

进一步，在步骤s1内，第一光栅刻划刀架系统和第二光栅刻划刀架系统在刻划机上沿刻划方向布置。

更进一步，在步骤s1内，第一光栅刻划刀架系统和第二光栅刻划刀架系统在刻划机上沿分度方向布置。

更进一步，在步骤s3内，分别控制第一光栅刻划刀架系统和第二光栅刻划刀架系统在光栅基底上各刻划一条单线，运用原子力显微镜测量两条刻线在分度方向上的间距，并调整第一光栅刻划刀架系统或第二光栅刻划刀架系统使得其满足设定的刻线误差的要求。

更进一步，在步骤s3内，两条刻线在分度方向上的间距小于3nm。

更进一步，在步骤s3内，运用第一光栅刻划刀架系统或第二光栅刻划刀架系统上的测量系统，通过调整第一光栅刻划刀架系统或第二光栅刻划刀架系统使得其满足设定的刻线误差的要求。

更进一步，在步骤s3内，第一光栅刻刀和第二光栅刻刀在分度方向上的间距为光栅常数的整数倍。

更进一步，在步骤s4内，两块刻划光栅区域之间的间隙δx小于等于一个光栅周期。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明通过安装调整，再通过具有闪耀角θ1的第一光栅刻刀和具有闪耀角θ2的第二光栅刻刀对安装在刻划机上的工作台的待刻划的光栅基底进行平面双闪耀光栅的制作；本发明较现有的制作双闪耀光栅的方法而言，制作出的光栅波前质量好、衍射效率高；该方法易于实现且具有较强的灵活性，不受光栅闪耀角因素和不同积等因素的限制。

附图说明

图1为本发明的应用刻划机制作平面双闪耀光栅的方法的步骤框图；

图2为本发明的应用刻划机制作平面双闪耀光栅的装置的实施例一的结构示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为本发明的应用刻划机制作平面双闪耀光栅的装置的实施例一制作的平面双闪耀光栅；

图5为本发明的应用刻划机制作平面双闪耀光栅的装置的实施例二的结构示意图；

图6为图5的俯视图；

图7为本发明的应用刻划机制作平面双闪耀光栅的装置的实施例二制作的平面双闪耀光栅；

图8为本发明的应用刻划机制作平面双闪耀光栅的装置的实施例三制作的平面多闪耀光栅的示意图；

附图标记：1-工作台，2-刻划导轨，3-光栅基底，4-第一光栅刻划架系统，5-第二光栅刻划架系统，6-第一光栅刻刀，7-第二光栅刻刀。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种应用刻划机制作平面双闪耀光栅的方法，包括如下步骤：

步骤s1、将调整好的具有闪耀角θ1的第一光栅刻刀6和具有闪耀角θ2的第二光栅刻刀7分别安装在刻划机上的第一光栅刻划刀架系统4和第二光栅刻划刀架系统5上；

步骤s2、将待刻划的光栅基底3安装在刻划机上的工作台1；

步骤s3、调整第一光栅刻划刀架系统4和第二光栅刻划刀架系统5，使得其满足设定的刻线误差的要求；

步骤s4、分别调整第一光栅刻划刀架系统4上用于控制第一光栅刻刀6的第一抬落接近开关和第二光栅刻划刀架系统5上用于控制第二光栅刻刀7的第二抬落接近开关，从而调节第一光栅刻刀6和第二光栅刻刀7的光栅刻划区域在光栅基底3上的位置、刻划区域面积以及两块刻划光栅区域之间的间隙δx；

步骤s5、启动刻划机，进行平面双闪耀光栅的制作。

与现有技术相比，本发明通过安装调整，再通过具有闪耀角θ1的第一光栅刻刀6和具有闪耀角θ2的第二光栅刻刀7对安装在刻划机上的工作台1的待刻划的光栅基底3进行平面双闪耀光栅的制作；还提供一种应用刻划机制作平面双闪耀光栅的装置；本发明较现有的制作双闪耀光栅的方法而言，制作出的光栅波前质量好、衍射效率高；该方法易于实现且具有较强的灵活性，不受光栅闪耀角因素和不同积等因素的限制。

其中，在步骤s1内，如果第一光栅刻划刀架系统4和第二光栅刻划刀架系统5在刻划机上沿刻划方向布置，在步骤s3内，则分别控制第一光栅刻划刀架系统4和第二光栅刻划刀架系统5在光栅基底3上各刻划一条单线，运用原子力显微镜测量两条刻线在分度方向上的间距，并调整第一光栅刻划刀架系统或第二光栅刻划刀架系统使得其满足设定的刻线误差的要求；其中两条刻线在分度方向上的间距小于3nm。

在步骤s1内，如果第一光栅刻划刀架系统4和第二光栅刻划刀架系统5在刻划机上沿分度方向布置；在步骤s3内，则运用第一光栅刻划刀架系统4或第二光栅刻划刀架系统5上的测量系统，通过调整第一光栅刻划刀架系统4或第二光栅刻划刀架系统5使得其满足设定的刻线误差的要求；第一光栅刻刀6和第二光栅刻刀7在分度方向上的间距为光栅常数的整数倍。

在本发明中，具有闪耀角θ1的第一光栅刻刀和闪耀角θ2的第一光栅刻刀的两刻划区域之间的间隙δx将会造成光能量的损失，衍射光损失的光能占比δ＝(入射到两光栅区域间隙δx的上的能量eδx)/(所需衍射级次衍射光的能量em)，δx增大会增加衍射光能力的损失，因此，在步骤s4内，两块刻划光栅区域之间的间隙δx小于等于一个光栅周期。

本发明还提供一种应用刻划机制作平面双闪耀光栅的装置，其安装在刻划机上，其包括具有闪耀角θ1的第一光栅刻刀6、具有闪耀角θ2的第二光栅刻刀7及设置在刻划机上的第一光栅刻划刀架系统4、第二光栅刻划刀架系统5；第一光栅刻刀6安装在第一光栅刻划刀架系统4上，第二光栅刻刀7安装在第二光栅刻划刀架系统5上，第一光栅刻划刀架系统4上设置有用于控制第一光栅刻刀6的第一抬落接近开关，第二光栅刻划刀架系统5上设置有用于控制第二光栅刻刀7的第二抬落接近开关；第一光栅刻划刀架系统4和第二光栅刻划刀架系统5安装在刻划机上的刻划导轨2上。

而且，第一光栅刻划刀架系统4和第二光栅刻划刀架系统5在刻划机上沿刻划方向布置或沿分度方向布置。

本发明提供一种应用刻划机制作平面双闪耀光栅的装置的实施例一，如图2、图3和图4所示，该实施例一包括具有闪耀角θ1的第一光栅刻刀6、具有闪耀角θ2的第二光栅刻刀7及设置在刻划机上的第一光栅刻划刀架系统4、第二光栅刻划刀架系统5；第一光栅刻刀6安装在第一光栅刻划刀架系统4上，第二光栅刻刀7安装在第二光栅刻划刀架系统5上，第一光栅刻划刀架系统4上设置有用于控制第一光栅刻刀6的第一抬落接近开关，第二光栅刻划刀架系统5上设置有用于控制第二光栅刻刀7的第二抬落接近开关；第一光栅刻划刀架系统4和第二光栅刻划刀架系统5安装在刻划机上的刻划导轨2上，第一光栅刻划刀架系统4和第二光栅刻划刀架系统5在刻划机上沿刻划方向布置；该实施例一的制作平面双闪耀光栅方法包括：

s1、将第一光栅刻刀6和第二光栅刻刀7的闪耀角分别调整为θ1和θ2，然后将调整好的第一光栅刻刀6和第二光栅刻刀7，分别安装于第一光栅刻划刀架系统4和第二光栅刻划刀架系统5，第一光栅刻划刀架系统4和第二光栅刻划刀架系统5的位置沿刻划方向安装在刻划导轨2上；

s2、将待刻划的光栅基底3安装在工作台1的指定位置，然后分别控制第一光栅刻划刀架系统4和第二光栅刻划刀架系统5在光栅基底3上各别刻划一条单线；

s3、运用原子力显微镜测量两条刻线在分度方向上的间距；

s4、调整第一光栅刻划刀架系统4的调整结构使得第一光栅刻刀6和第二光栅刻刀7刻划的单线在分度方向上的间距小于3nm；

s5、通过调整分别控制第一光栅刻刀6和第二光栅刻刀7的第一抬落接近开关和第二抬落接近开关，来调节不同闪耀角光栅刻划区域在光栅基底上的位置、刻划区域面积以及两块光栅区域之间的间隙δx；

s6、运行光栅刻划机，完成平面双闪耀光栅的制作。

本发明提供一种应用刻划机制作平面双闪耀光栅的装置的实施例二，如图5、图6和图7所示，该实施例二包括具有闪耀角θ1的第一光栅刻刀6、具有闪耀角θ2的第二光栅刻刀7及设置在刻划机上的第一光栅刻划刀架系统4、第二光栅刻划刀架系统5；第一光栅刻刀6安装在第一光栅刻划刀架系统4上，第二光栅刻刀7安装在第二光栅刻划刀架系统5上，第一光栅刻划刀架系统4上设置有用于控制第一光栅刻刀6的第一抬落接近开关，第二光栅刻划刀架系统5上设置有用于控制第二光栅刻刀7的第二抬落接近开关；第一光栅刻划刀架系统4和第二光栅刻划刀架系统5安装在刻划机上的刻划导轨2上，第一光栅刻划刀架系统4和第二光栅刻划刀架系统5在刻划机上沿分度方向布置；该实施例二的制作平面双闪耀光栅方法包括：

s1、将第一光栅刻刀6和第二光栅刻刀7的闪耀角分别调整为θ1和θ2，然后将调整好的第一光栅刻刀6和第二光栅刻刀7，分别安装于第一光栅刻划刀架系统4和第二光栅刻划刀架系统5，第一光栅刻划刀架系统4和第二光栅刻划刀架系统5的位置沿分度方向安装在刻划导轨2上；

s2、将待刻划的光栅基底3安装在工作台1的指定位置；

s3、运用第一光栅刻划刀架系统4和第二光栅刻划刀架系统5上的测量系统，通过调整第一光栅刻划刀架系统4的调整结构，使得第一光栅刻刀6和第二光栅刻刀7在分度方向上的间距为光栅常数的整数倍；

s4、通过调整分别控制第一光栅刻刀6和第二光栅刻刀7的第一抬落接近开关和第二抬落接近开关，来调节不同闪耀角光栅刻划区域在光栅基底上的位置、刻划区域面积以及两块光栅区域之间的间隙δx；

s6、运行光栅刻划机，完成平面双闪耀光栅的制作。

如图8所示，本发明提供实施例三，设计制作出的平面多闪耀光栅，刻划机中安装n(n≥2)个刻划刀架系统，每个系统安装不同闪耀角的光栅刻刀，在同一块光栅基底上刻划具有不同闪耀角的光栅区域，不同的光栅区域按照刻线方向上呈一维分布或者在分度方向上呈一维分布，从而制作出如图8所示的平面多闪耀光栅。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。