Verfahren zur Herstellung eines optischen Beugungsgitters Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Beugungsgitters mit Profilfurchen durch Belichtung einer lichtempfindlichen Schicht.
Es ist bekannt, optische Beugungsgitter durch Ritzen mittels entsprechend geformter Diamanten zu erzeugen. Es ist ferner bekannt, optische Beugungsgitter dadurch zu erzeugen, dass eine durch Lichteinwirkung veränder bare Schicht der Belichtung durch ein Streifensystem ausgesetzt wird, sei es durch eine vorbereitete Vorlage hindurch, sei es durch direkte Einwirkung eines Systems aus parallelen äquidistanten Interferenzstreifen kohären ter Wellenzüge. Die Erfindung ist eine besonders vorteil hafte Weiterbildung des genannten Verfahrens, bei dem eine lichtempfindliche Schicht belichtet wird.
Das erfin dungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Profilfurchen in der lichtempfindlichen Schicht durch Überlagerung von mehreren Belichtungen mit periodischen Streifensystemen unterschiedlichen Strei fenabstandes und nachfolgender Entwicklung gebildet werden.
Mehrere Beispiele für die Durchführung des Verfah rens sind in der nun folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläu tert.
Die Fig. 1, 2, 2a-2c, und 3 beziehen sich auf ein Beispiel des Herstellungsverfahren gemäss der Erfin dung.
Fig. 1 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer Anordnung zur Erzeugung von Interferenzen paralleler kohärenter Lichtbündel. Ein von einem Laser 20 ausge hendes Lichtbündel geht durch eine Sammellinse 21, eine Blende 22 und eine weitere Sammellinse 23. Das Laserbündel wird auf diese Weise verbreitert. Es wird an einem teildurchlässigen Spiegel 24 teilweise reflektiert, zum Teil durchdringt es diesen Spiegel 24 und trifft auf einen weiteren Spiegel 25. Die beiden Teilbündel 26 und 27 durchdringen sich und erzeugen ein Interferenzstrei fensystem 28 mit sin2-förmiger Intensitätsverteilung.
Der gegenseitige Abstand der Streifen hängt ausser von der Wellenlänge des erzeugenden Laserlichtes vom Durchdringungswinkel der Bündel 26 und 27 ab. Der Durchdringungswinkel lässt sich durch Veränderung der Lage der Spiegel 24 und 25 leicht verändern. An dem Ort des Interferenzstreifensystems 28 wird ein Träger 30 mit einer lichtempfindlichen Schicht 29 aufgestellt.
Durch Variation des Durchdringungswinkels der Bündel 26 und 27 zwischen 0 und 180 werden nun nacheinander ;Streifensysteme wie in Fig. 2 und 2a bis 2c erzeugt. In .den nacheinander erzeugten Streifensystemen verhält sich die pro Längeneinheit entfallende Anzahl der Streifen wie 1 : 2 :
3 usw., d. h. mit anderen Worten, dass die Raumfrequenzen dieser Streifensysteme in ganzzahligem Verhältnis zueinander stehen. 'Setzt man eine und dieselbe lichtempfindliche Schicht 29 nachein ander diesen verschiedenen Streifensystem aus, so über- lagert,sich die Wirkung der verschiedenen Belichtungen für den Fall, dass eine nicht zu hart arbeitende lichtemp findliche Schicht gewählt wurde und dass selbst an Stellen maximaler Belichtung die Schicht noch nicht den obersten Bereich ihrer Gradationskurve erreicht hat.
Die Superposition aller dieser Belichtungen bewirkt nach Entwicklung der Schicht 29 Profilfurchen, etwa gleich wie sie die Schicht 29' der Fig. 3 aufweist. Durch Variation der Belichtungsdauer und/oder Intensität, mit der jedes einzelne Streifensystem an der Gesamtbelichtung mitwirkt, lässt sich jeder dieser har monischen Oberwellen der Raumfrequenz ein bestimm tes Gewicht zuordnen, mit dem .sie in die Gesamtbelich tung eingeht.
Durch geringe seitliche Verschiebungen der lichtempfindlichen Schicht gegenüber dem jeweiligen Streifensystem hat man es ferner in der Hand, eine bestimmte gegenseitige Phasenlage der einzelnen Strei fensysteme zu erzielen, so dass insgesamt bei der Belichtung eine Synthese einer beliebigen gewünschten periodischen Funktion aus Grund- und Oberwellen zustande kommt. Dies geschieht völlig in Analogie zu der bekannten Darstellung periodischer Funktionen in Form von Fourierreihen.
Das bei der Entwicklung entstehende Furchenprofil hat die gemäss der Fourier- synthese zu erwartende Form.
In Abänderung des oben beschriebenen Beispiels kann bei der Belichtung auch wie folgt vorgegangen werden: Mit Hilfe der sich durchdringenden kohärenten parallelen Strahlenbündel werden nacheinander wieder um Streifensysteme erzeugt, deren Raumfrequenzen sich wie 1 : 2 : 3 usw. verhalten. Jedes dieser Streifensysteme lässt man auf eine besondere lichtempfindliche Schicht einwirken. Hierdurch kann man sich Vorlagen für die nachfolgenden Belichtungen der durch Lichteinwirkung zu profilierenden Schicht schaffen, auf der, wie oben beschrieben, durch die Überlagerung das endgültige Furchenprofil entstehen soll.
Man kann bei der Herstel lung dieser wiederholt verwendbaren Einzelvorlagen die grösstmögliche ,Sorgfalt Taufwenden, um das Verhältnis der Raumfrequenzen exakt ganzzahlig zu halten, damit bei der nachfolgenden Überlagerung durch Belichtung kein Moirée-Effekt auftritt. Diese einzelnen Vorlagen können auch bereits mit mechanischen Anschlägen oder optisch wahrnehmbaren Passmarken so,ausgestattet wer den, dass bei einer Verwendung zur Serienfertigung die Justierarbeit bezüglich der gegenseitigen Phasenlage der Einzelbelichtungen weitestgehend erleichtert ist.
Durch anschliessende Metallisierung der mit den Profilfurchen versehenen Schicht, etwa durch Vakuum- aufdampfung von Spiegelmetallen, lässt sich ein Refle xionsgitter herstellen. Wird dagegen ein Transmissions gitter gewünscht, so ist lediglich erforderlich, dass die verwendete lichtempfindliche Schicht wie auch ihr Trä- ger lichtdurchlässig sind und dass die vorhin erwähnte Metallisierung unterbleibt. .
Method for producing an optical diffraction grating The invention relates to a method for producing an optical diffraction grating with profile grooves by exposing a light-sensitive layer.
It is known to produce optical diffraction gratings by scoring using appropriately shaped diamonds. It is also known to produce optical diffraction gratings by exposing a layer, which can be changed by the action of light, to exposure through a system of stripes, be it through a prepared original or through the direct action of a system of parallel, equidistant interference stripes of coherent wave trains. The invention is a particularly advantageous development of the method mentioned, in which a light-sensitive layer is exposed.
The method according to the invention is characterized in that the profile furrows in the light-sensitive layer are formed by superimposing several exposures with periodic stripe systems of different stripe spacing and subsequent development.
Several examples for carrying out the method are tert erläu in the description that follows with reference to the accompanying drawings.
Figs. 1, 2, 2a-2c, and 3 relate to an example of the manufacturing method according to the invention.
Fig. 1 shows a possible embodiment of an arrangement for generating interference from parallel coherent light bundles. A light beam emanating from a laser 20 passes through a converging lens 21, a diaphragm 22 and a further converging lens 23. The laser beam is widened in this way. It is partially reflected at a partially transparent mirror 24, partially it penetrates this mirror 24 and hits another mirror 25. The two partial bundles 26 and 27 penetrate each other and produce an interference strip system 28 with a sin2-shaped intensity distribution.
The mutual spacing of the strips depends not only on the wavelength of the generating laser light but also on the penetration angle of the bundles 26 and 27. The angle of penetration can easily be changed by changing the position of the mirrors 24 and 25. A carrier 30 with a light-sensitive layer 29 is set up at the location of the interference fringe system 28.
By varying the angle of penetration of the bundles 26 and 27 between 0 and 180, strip systems as in FIGS. 2 and 2a to 2c are now successively generated. In the strip systems generated one after the other, the number of strips per unit of length is 1: 2:
3 etc., d. H. in other words, that the spatial frequencies of these strip systems are in integer ratio to one another. If one and the same light-sensitive layer 29 is exposed to these different strip systems one after the other, the effect of the different exposures is superimposed in the event that a light-sensitive layer that is not too hard-working has been selected and that even at points of maximum exposure the Layer has not yet reached the top of its gradation curve.
The superposition of all these exposures, after the development of the layer 29, produces profile furrows, roughly the same as those of the layer 29 'in FIG. By varying the exposure time and / or intensity with which each individual stripe system contributes to the overall exposure, each of these harmonic harmonics of the spatial frequency can be assigned a specific weight with which it is included in the overall exposure.
By slight lateral shifts of the light-sensitive layer in relation to the respective stripe system, it is also possible to achieve a certain mutual phase position of the individual stripe systems, so that overall a synthesis of any desired periodic function of fundamental and harmonic waves occurs during exposure . This is done completely analogously to the known representation of periodic functions in the form of Fourier series.
The furrow profile that arises during development has the shape to be expected according to the Fourier synthesis.
In a modification of the example described above, the exposure can also be proceeded as follows: With the help of the interpenetrating coherent parallel beams, stripe systems are successively generated again, the spatial frequencies of which are 1: 2: 3 etc. Each of these strip systems is allowed to act on a special light-sensitive layer. This makes it possible to create templates for the subsequent exposures of the layer to be profiled by the action of light, on which, as described above, the final furrow profile is to be created by the superposition.
The greatest possible care can be taken in the production of these repeatedly usable individual originals in order to keep the ratio of the spatial frequencies exactly as an integer, so that no moiré effect occurs during the subsequent overlay due to exposure. These individual templates can also already be equipped with mechanical stops or visually perceptible registration marks so that when used for series production, the adjustment work with regard to the mutual phase position of the individual exposures is largely facilitated.
A reflection grating can be produced by subsequent metallization of the layer provided with the profile grooves, for example by vacuum evaporation of mirror metals. If, on the other hand, a transmission grating is desired, all that is required is that the photosensitive layer used, as well as its carrier, are transparent and that the previously mentioned metallization is omitted. .