CH675493A5

CH675493A5 -

Info

Publication number: CH675493A5
Application number: CH411287A
Authority: CH
Inventors: Boris Ganievich Turukhano; Vladimir Peishevich Gorelik; Nikulina Turukhano; Sergei Vladimirovich Gordeev
Original assignee: Le I Yadernoi Fiz Im B P Konst
Priority date: 1986-10-07
Filing date: 1987-10-21
Publication date: 1990-09-28
Also published as: FR2605419A1; GB2195784B; DE3635407A1; FR2605419B1; GB2195784A; GB8624014D0

Description

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Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Holographie und betrifft eine Einrichtung zur Synthese langer holographischer Diffraktionsgitter.

Die Erfindung kann in der Spektroskopie, Metrologie und zur Präzisionsmessung linearer Verschiebungen verwendet werden.

Es ist eine Einrichtung zur Herstellung von Diffraktionsgittern bekannt, die eine Kohärenzlichtquelle und im Strahlengang des kohärenten Lichtstromes hintereinander ein Koilimatorsystem, ein transparentes zusätzliches Diffraktionsgitter, eine Kopieunterlage und zwei in einer Ebene liegende geritzte Reflexions-Originalgitter (aus Glas) enthält, die der Kopieunterlage mit den Strichen zugewandt und verstellbar im Kopierprozess in Längsrichtung der mit der Möglichkeit einer Verschiebung senkrecht zur Richtung der kohärenten Strahlung angeordneten Kopieunterlage (s. z.B. den Beitrag von F.A. Mitin, A.M.Nijin, G.N. Rassudov «Kombinierte Kopie von Mess-Diffraktionsgittern» in der Zeitschrift «Optiko-mekhanicheskaya promyshlennost» («Optisch-mechanische Industrie»), Nr. 9, S. 47 bis 50) angeordnet sind.

In dieser Einrichtung werden die Diffraktionsgitter in einem Kontaktkopierverfahren hergestellt.

Die genannte Einrichtung arbeitet wie folgt.

Auf die Kopierunterlage werden zwei Originale aufgelegt und nach an der Verbindungsstelle der Originale beobachteten Interferenz-Moiréstreifen voreingestellt. Danach werden die Originale abgenommen, die Unterlage mit Harz begossen, die Originale vorsichtig wieder aufgelegt, durch Feder-Nie-derhalter angedrückt, die Einstellung nach dem Moi-ré-Bild geprüft und, falls erforderlich, eine Feinjustierung im Laufe von 15 bis 20 Minuten durchgeführt, bis sich Helium nach dem Zusammenkleben gebildet hat. Nach Ablauf von zwei Stunden wird das überschüssige Harz entfernt, nach 18 bis 20 Stunden wird die Kopie von den Originalen abgetrennt, die durch destdlliertes Wasser gespült werden, um die übriggebliebenen chemischen Substanzen zu entfernen, die beim Kopieren verwendet werden.

Mit Hilfe der genannten Einrichtung kann man kombinierte Kopien fertigen, die eine beliebige Zahl von Sektionen enthalten. Zu diesem Zweck soll von einer Zweisektionenkopie mit den darauf aufgeklebten Originalen das eine von ihnen abgetrennt und auf eine freie Stelle der Unterlage am Ende des zweiten Originals wieder aufgeklebt werden. Auf solche Weise können kombinierte Kopien mit einer Strichzahl von bis zu 1200 pro 1 mm erzeugt werden.

In der genannten Einrichtung werden die zu kopierenden Originale gegeneinander mit einer Genauigkeit von a/10 angeordnet, wobei a eine Gitterkonstante, d.h. einen Strichabstand bedeutet. Im Ergebnis einer anschliessenden mechanischen Einwirkung auf die Originale wird diese Genauigkeit verringert.

Derartige konstruktive Ausführung der Einrichtung gestattet es nicht, ein Diffraktionsgitter mit einer kontinuierlichen Strichverteilung in Längsrichtung der Kopieunterlage zu erhalten, denn an den

Stossstellen der zwei Originalgitter bilden sich «ungestrichene» Gebiete. Dies erfolgt wegen der Unmöglichkeit, die Stosseitenflächen der Glasunterlagen der Originalgitter auf Bruchteile des Strichabstandes genau zu bearbeiten, weshalb der erste Strich des zweiten Originals nicht genau in einem Gitterabstand a vom letzten Strich des ersten Originals liegen kann.

In der Einrichtung ist es auch nicht möglich, einen gleichen Druck auf zwei verschiedene Originale auszuüben und eine Gitterkopie ohne «Stufen» zu bekommen, die auf dem Harz an den Stossstellen gebildet sind.

Die Ausnutzung von (höchstens) zwei Originalgittern beim Kopieren führt zu einer Erhöhung der Genauigkeit in der vorliegenden Einrichtung (obwohl die höchste Genauigkeit von einem zu kopierenden Original erhalten werden kann), aber auch zu einer Verringerung der Kopiergeschwindigkeit, dann man muss abwarten, bis das Harz der ersten Kopien (nach 18 Stunden) polymerisiert ist, und erst dann zu weiteren Kopien auf der gleichen Unterlage übergehen.

Die holographischen Diffraktionsgitter besitzen Vorteile vor den oben beschriebenen geritzten Diffraktionsgittern, denn die Dichte des holographischen Diffraktionsgitters kann höher liegen und 6000 LVmin erreichen. Die holographischen Diffraktionsgitter können in einem kontaktlosen Interferenzverfahren aufgezeichnet werden, was es grundsätzlich gestattet, ein Gitter grosser Länge mit einer kontinuierlichen Strichverteilung und mit einer hochgenauen Gleichmässigkeit dieser Verteilung zu erzeugen.

Es ist eine Einrichtung zur Synthese langer holographischer Diffraktionsgitter bekannt, die eine Kohärenzlichtquelle und im Strahlengang des kohärenten Lichtstromes hintereinander ein Zweistrahl-interferometer, dessen jeder Arm eine Reihenschaltung aus einem Spiegel, einem kurzbrennweitigen Objektiv, einer Blende und einem Kollimatorobjektiv aufweist, eine verschiebbar angeordnete Unterlage mit auf dieser sequentiell aufgezeichneten, nicht in Phase liegenden zusätzlichen Diffraktionsgittern und mit einer lichtempfindlichen Schicht zur Synthese eines langen holographischen Diffraktionsgitters auf dieser und vier in der Apertur der zusätzlichen holographischen Diffraktionsgitter und in der Ausgangsapertur des Interferometers liegende und mit einem Registriergerät elektrisch verbundene Fotodetektoren (s. z.B. den SU-Urheberschein 673 018, Klasse G 02B5/32, veröffentlicht am 30.11.81) enthält.

Die genannte Einrichtung arbeitet wie folgt.

Die einzelnen Abschnitte eines zu synthesieren-den Gitters werden nach dem Bild von durch die zusätzlichen Gitter und das Interferenzfeld sich schneidender Bündel einer kohärenten Strahlung gebildeten Moirestreifen wie folgt phasensynchronisiert: zuerst wird mittels eines Paares von an einer Seite der Unterlage angeordneten Fotodetektoren die Phase der Moiréstreifen von einem Teil des Abschnittes des ersten zusätzlichen Gitters festgehalten und der erste Abschnitt des zu synthesie-renden Gitters im Interferenzfeld belichtet.

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Dann wird die Unterlage mit den zusätzlichen Gittern um eine halbe Länge des ersten zusätzlichen Gitters verschoben und die frühere Phase der Moi-réstreifen mittels des gleichen Paares der Fotodetektoren durch eine geringfügige Verschiebung der Unterlage erneut eingestellt. Mit Hilfe des zweiten Paares der Fotodetektoren wird die Phase der Moi-réstreifen von einem Teil des Abschnitts des zweiten zusätzlichen Gitters gespeichert und dann die Unterlage um eine halbe Länge des ersten zusätzlichen Gitters erneut verschoben. Mit Hilfe des zweiten Paares der Fotodetektoren wird durch eine weitere geringfügige Verschiebung der Unterlage die Phase der Moiréstreifen ermittelt und gespeichert, worauf der zweite Abschnitt des zu synthe-sierenden Gitters belichtet wird.

Ferner wird der Vorgang wiederholt, bis ein zu synthesierendes Gitter der Sollänge belichtet worden ist.

Derartige Einrichtung gestattet es prinzipiell, holographische Diffraktionsgitter unbegrenzter Länge bei einem kontinuierlichen Verlauf der Striche in Richtung der Länge der Unterlage und bei Fehlern von «Stufen» an den Stossstellen infolge des Wegfalls eines mechanischen Kontaktes zwischen dem Original und dem die Rolle einer Kopie übernehmenden zu synthesierenden Gitter mit einer Genauigkeit von a/10 zu erzeugen.

Derartige konstruktive Lösung der Einrichtung, bei der die zusätzlichen Gitter auf der gleichen Unterlage mit dem zu synthesierenden Gitter aufgezeichnet sind, gestattet es aber nicht, ein zu synthesierendes Gitter mit einer höheren Genauigkeit wegen der einmaligen Verwendung der zusätzlichen Gitter zu erzeugen. Dies erschwert eine Wiederholung von Messungen an ein und denselben Gittern.

Darüber hinaus ist der Vorgang der Erzeugung der zusätzlichen Gitter durch deren Belichtung und fotochemische Bearbeitung, ohne dass die lichtempfindliche Schicht beschädigt wird, erschwert. Das gleiche trifft auch für eine Abtrennung dieser Gitter nach Beendigung der Synthese des Gitters zu, die eine Beschädigung des letzteren und die Entstehung von mechanischen Spannungen in der Unterlage herbeiführen kann.

Die Aufzeichnung der zusätzlichen Gitter auf der gleichen Unterlage mit dem zu synthesierenden Gitter kompliziert also auch den Betrieb der Einrichtung und macht sie technologieungerecht.

Die Anwendung der zwei Paare der Fotodetektoren, an denen der Amplitudenwert von durch ein Registriergerät des Voltmetertyps aufgezeichneten Signalen abgenommen wird, gestattet es nicht, eine hohe Genauigkeit des zu synthesierenden Gitters bei einer phasensynchronisierten Verbindung zweier benachbarter Abschnitte zu erreichen, denn bei dieser Betriebsart sind die Fotodetektoren sehr empfindlich gegen äussere Störungen: Leistungsänderung der Quelle, Wärmerauschen, Vibrationen u.a.

Die Anordnung von Ausangsaperturen der Fotodetektoren in der senkrecht zur Unterlage liegenden Ebene gibt aber keine Möglichkeit, mit den kontrastreichsten Interferenz-Moiréstreifen zu arbeiten und ein durch die Gegenwart anderer Beugungsordnungen hervorgerufenes Rauschen zu beseitigen, was die Genauigkeit der Phasensyn-chronisierung gleichfalls verringert.

Die Verschiebung der Unterlage hat Verformungen des Interferometers und also auch eine Änderung der Liniendichte des Interferenzfeldes nach jeder Verschiebung und damit eine Verringerung der Genauigkeit des zu synthesierenden Gitters zur Folge.

Eine ungenaue Verschiebung der Unterlage bedingt eine Abweichung der Unterlage in einer durch die optischen Achsen der Arme des Interferometers festgelegten Ebene, was sich auch auf die Dichte der auf dem zu synthesierenden Gitter aufgezeichneten Linien des Interferenzfeldes und folglich auf die Genauigkeit des letzteren auswirkt.

Während der Belichtung können äussere Faktoren, die zu Vibrationen des Interferometers führen, die Phasensynchronisation der Striche der zwei benachbarten Abschnitte des zu synthesierenden Gitters beeinflussen und eine Verringerung seiner Genauigkeit bewirken.

In Anbetracht der obgenannten Ursachen sichert also die beschriebene Einrichtung keine hohe Genauigkeit des zu synthesierenden Gitters und ist kompliziert im Betrieb.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Synthese langer holographischer Diffraktionsgitter zu schaffen, in der der Träger in der Weise hergestellt ist und solche Mittel vorgesehen sind, die es gestatten, lange holographische Diffraktionsgitter höherer Genauigkeit zu synthe-sieren und den Betrieb der Einrichtung zu vereinfachen.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Patentanspruchs gelöst.

Durch die erfindungsgemässe Einrichtung lassen sich lange holographische Diffraktionsgitter mit einer höheren Genauigkeit als bisher synthesieren und der Betrieb einer solchen Einrichtung lässt sich vereinfachen. Diese Vorteile sind insbesondere bei einer Massenfertigung der Gitter von besonderer Bedeutung.

Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 Eine Einrichtung zur Synthese langer holographischer Diffraktionsgitter in axonometrischer Darstellung;

Fig. 2 eine optoelektronische Schaltungsanordnung der Einrichtung nach der Fig. 1 ;

Fig. 3 eine Stirnansicht eines verschiebbaren Trägers in Pfeilrichtung A nach Fig. 2 und

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Anordnung von Fotodetektoren in bezug auf den in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellten verschiebbaren Träger.

Auf einer Grundplatte 1 der in der Fig. 1 dargestellten Einrichtung ist eine Kohärenz-Lichtquelle 2 in Form eines Lasers angeordnet. Im Strahlengang B des kohärenten Lichtstromes bzw. Strahlenbündels der Lichtquelle 2 sind auf der Grundplatte 1 fer-

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ner nacheinander angeordnet: ein Zweistrahl-Inter-ferometer 3, ein zusätzliches holographisches Diffraktionsgitter 4, ein verschiebbarer Träger 5, und gemäss Fig. 2 sechs Hauptfotodetektoren 6, 7, 8, 9, 10 und 11 sowie zwei zusätzliche Fotodetektoren 12 und 13.

Das Zweistrahl-Interferometer 3 enthält gemäss den Fig. 1 und 2 ein Prisma bzw. einen Würfel 14 zum Aufteilen des kohärenten Strahlenbündels in zwei den Strahlengängen C und D entsprechenden Teilbündel, von denen jedem eine optische Wegstrecke zugeordnet ist. In der optischen Wegstrecke des Strahlenganges C ist ein erster Umlenkspiegel 15 angeordnet. Ferner sind in den beiden optischen Wegstrecken der Strahlengänge C und D je ein weiterer Umlenkspiegel 16 bzw. 17, ein kurzbrennweitiges Objektiv 18 bzw. 19, eine Lochblende 20 bzw. 21 und ein Kollimatorobjektiv 22 bzw. 23 angeordnet.

Das Prisma bzw. der Würfel 14 und der erste Umlenkspiegel 15 sind gemäss Fig. 1 mittels eines gemeinsamen Sockels 24 auf der Grundplatte 1 angeordnet.

Der weitere Umlenkspiegel 16 der ersten optischen Wegstrecke ist mittels eines Sockels 25 auf der Grundplatte 1 angeordnet, während das Objektiv 18 und die Lochblende 20 der selben Wegstrecke mittels eines gemeinsamen Sockels 26 über eine Elektrostriktionszelle 27 auf einem Absatz des Sockels 25 angeordnet sind.

Das Objektiv 19 und die Lochblende 21 der zweiten optischen Wegstrecke sind auf einem gemeinsamen Sockel 28 angeordnet. Der weitere Spiegel 17 der selben Wegstrecke ist mittels einer weiteren Elektrostriktionszelle 29 auf dem Sockel 28 angeordnet.

Die Kollimatorobjektive 22 und 23 sind mittels einer gemeinsamen Fassung 30 auf der Grundplatte 1 angeordnet. Das zusätzliche holographische Diffraktionsgitter 4 ist in der Ausgangsapertur des Interferometers 3 vor dem verschiebbaren Träger 5 angeordnet.

Der Träger ist in einem hin- und herverschiebbaren Rahmen 31 eingefasst und in Form von zwei Teilen -einem ersten Teil 32 und einem zweiten Teil 33-ausgeführt, die hintereinander im Strahlengang C bzw. D liegen und mittels des Rahmens 31 starr verbunden sind. Auf dem ersten Teil 32 gemäss den Fig. 2 und 3 ist eine lichtempfindliche Schicht zur Synthese eines langen holographischen Diffraktionsgitters aufgebracht, während auf dem zweiten Teil 33 sequentiell nicht in Phase liegende zusätzliche holographische Diffraktionsgitter augezeichnet sind.

Der Rahmen 31 ist gemäss Fig. 1 mit einem Schlitten 34 verbunden, der an einer mit der Grundplatte 1 starr verbundenen Schiene mittels eines an der Schiene 35 befestigten Elektromotors 36 verschiebbar ist. Zu diesem Zweck treibt der Elektromotor 36 eine Spindel 37 an, die an ihrem anderen Ende in einer an der Schiene 35 befestigten Lagerbuchse 40 gelagert ist. Die Spindel 37 greift in ein mit dem Schlitten 34 mittels eines Mitnehmers 39 verbundenes Gewindestück 38 ein.

Weitere Elektromotoren 41 und 42 sind mit dem

Rahmen 31 für dessen Schwenkung in bezug auf den Schlitten 34 um einen Sollwinkel a (Fig. 4) bzw. ß (Fig. 2) verbunden.

Die Fotodetektoren 6, 7, 8 und 9 sind in der Apertur der zusätzlichen holographischen Diffraktionsgitter und in der Ausgangsapertur des Interferometers 3 in einer auf der optischen Achse der einen der Wegstrecke des Interferometers 3 senkrecht stehenden Ebene je zwei 6 (Fig. 4), 8 und 7, 9 von den entgegengesetzten Seiten des ersten Teiles 32 der Unterlage 5 und symmetrisch um diese angeordnet. Die Fotodetektoren 6 (Fig. 1), 7, 8, 9, 10 und 11 sind in einem gemeinsamen ersten Gehäuse 43 eingeschlossen, das mit Hilfe eines Halters 44 mit einem zweiten Gehäuse 45 starr verbunden ist, in welchem das zusätzliche holographische Gitter 4 und die Fotodetektoren 12 und 13 zusätzlich angeordnet sind und welches mit der Fassung 30 starr verbunden ist.

Die Fotodetektoren 12 (Fig. 4) und 13 sind in der Apertur des zusätzlichen holographischen Diffraktionsgitters 4 und in einer senkrecht zu den Linien des Interferenzfeldes verlaufenden Geraden 46 angeordnet.

Die Fotodetektoren 10 und 11 liegen in der gleichen Ebene wie die Fotodetektoren 6, 7, 8 und 9 bei einer Seite des ersten Teiles 32 des Trägers 5 in einer Geraden 47 zur selben Seite der auf der gleichen Seite des ersten Teiles 32 des Trägers 5 angeordneten Fotodetektoren 7 und 9 und in einem gleichen Abstand von diesen. Die Fotodetektoren 6 und 8 liegen in einer zur Geraden 47 parallel verlaufenden Geraden 48.

In der erfindungsgemässen Einrichtung ist eine Schalteinheit 49 (Fig. 2) vorgesehen, deren Eingänge an sämtliche Fotodetektoren 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 und 13 und an eine Wechselspannungsquelle 50 angeschlossen sind, deren Ausgang an eine mit einer Gleichspannungsquelle 51 elektrisch verbundene Elektrostriktionszelle 29 angekoppelt ist. Einer der Ausgänge der Schalteinheit 49 ist an ein Voltmeter 52 angeschlossen, während die zwei anderen Ausgänge an die Eingänge von Selektivverstärkern 53 bzw. 54 geschaltet sind, deren Ausgänge mit einem als Registriergerät benutzten Phasenmesser 55 verbunden sind. Die Schalteinheit 49 ist mit den Elektromotoren 36, 41 und 42 elektrisch verbunden. Die Elektrostriktionszelle 27 ist an eine Gleichspannungsquelle 56 angeschlossen.

Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Synthese langer holographischer Diffraktionsgitter arbeitet im Prinzip wie folgt.

Es wird durch das Interferometer 3 (Fig. 1) ein Winkel e gewählt und eingestellt, der in einer bestimmten Dichte v des Interferenzfeldes und einem vorgegebenen Strichabstand eines zu synthesierenden holographischen Gitters entspricht. Es werden der zweite Teil 33 des Trägers 5 zwecks Aufzeichnung auf dem zweiten Teil des Trägers mit den nicht in Phase liegenden zusätzlichen holographischen Diffraktionsgittern im Rahmen 31 befestigt und der Schlitten 34 verschoben, wobei der Anfangsabschnitt dieses Trägers 5 vor das Interferenzfeld gebracht wird, wonach auf dieser abschnittsweise, ohne die Striche an der Grenze der

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zwei benachbarten Abschnitte in Phase zu bringen, aufgezeichnet wird.

Falls eine im Realzeitbetrieb arbeitende Registrierschicht verwendet wird, wird dieser Teil des Trägers nicht von der Stelle gerührt.

Falls es aber einer fotochemischen Bearbeitung der Unterlage bedarf, wird diese Bearbeitung durchgeführt, worauf dieser Träger in den Rahmen

31 eingesetzt wird. Im Rahmen 31 wird der erste Teil

32 des Trägers 5 mit der lichtempfindlichen Schicht angeordnet und mit dem zweiten Teil 33 dieses Trägers 5 starr verbunden. Der zweite Teil 33 (Fig. 4) des Trägers 5 mit den nicht in Phase liegenden zusätzlichen Gittern ist breiter als der erste Teil 32 des Trägers 5 mit der lichtempfindlichen Schicht um so viel hergestellt, dass der letztere die Felder der Fotodetektoren 6, 7, 8, 9,10 und 11 nicht überdeckt.

Die genannten Fotodetektoren sind einer senkrecht zur optischen Achse der einen der Wegstrecken des Interferometers 3 (Fig. 2) in einem der Strahlengänge des kohärenten Lichtstromes liegenden Ebene angeordnet, was die Möglichkeit gibt, mit den kontrastreichsten Interferenz-Moiréstreifen zu arbeiten und ein durch die Anwesenheit anderer unerwünschter Beugungsordnungen hervorgerufenes Rauschen zu beseitigen, weil in diesem Strahlengang nur die nullte Beugungsordnung des betreffenden Bündels und die erste Beugungsordnung des anderen Bündels beiwohnen.

Dann werden der Anfangsabschnitt des ersten Teiles 32 des Trägers 5 mit der lichtempfindlichen Schicht vor dem Interferenzfeld des Interferometers 3 und die Fläche der lichtempfindlichen Schicht senkrecht zur Halbierenden des Winkels e durch Schwenkung des Rahmens 31 um einen Winkel ß mit Hilfe des Elektromotors 42 gestellt. Die nicht in Phase liegenden Diffraktionsgitter werden auf einen endlosen Interferenz-Moiréstreifen durch Schwenkung des Rahmens 31 um einen Winkel a (Fig. 4) mit Hilfe des Elektromotors 41 (Fig. 2) eingestellt. Auf den endlosen Interferenzstreifen wird auch das zusätzliche holographische Diffraktionsgitter 4 eingestellt, das für eine Korrektur der Liniendichte des Interferenzfeldes vorgesehen ist.

Um die Genauigkeit der Bestimmung der Phasendifferenz in den Pausen zwischen den Belichtungen der einzelnen Abschnitte des zu synthesierenden Gitters zu erhöhen, wird in einem dynamischen Betrieb gearbeitet. Zu diesem Zweck wird der Elektrostriktionszelle 29 eine Wechselspannung von der Quelle 50 zugeführt. Der dynamische Betrieb der Phasendifferenzmessung führt zu einer Modulation der Phasendifferenz zwischen den interferierenden Bündeln und gestattet es, die Messgenauigkeit bis auf 2 bis 3° und darunter zu bringen.

Im Vorgang der Belichtung wird der dynamische Betrieb nicht angewendet, weil er einen steilen Abfall der Kontrastheit der Interferenzlinie des Feldes herbeiführt. Angesichts einer nichtidealen fortschreitenden Bewegung des Schlittens 34 (Fig. 1) bei der Zurücklegung einer Strecke £ (Fig. 4) durch diesen, die gleich dem Abstand zwischen den Fotodetektoren 6, 8 bzw. 7, 9 ist, haben die auf dem ersten Abschnitt des zu sythesierenden Gitters aufgezeichneten Striche ihre Richtung gegenüber den

Linien des Interferenzfeldes, die auf dem zweiten Abschnitt zu kopieren sind, geändert. Die Striche des aufgezeichneten Abschnitts des Gitters und die Linien des Interferenzfeldes sind daher zueinander parallel verlaufen zu lassen und miteinander in Phase zu bringen. Zu diesem Zweck wird eine Korrektion der Winkel a und ß durch Umschaltung des jeweiligen Paares der Fotodetektoren - 6, 7 und 8, 9 für den Winkel a bzw. 7, 10 und 9, 11 für den Winkel ß - vorgenommen, deren Signale über die Schalteinheit 49 und die Selektivverstärker 53 und 54 auf den Phasenmesser 5 gegeben werden.

Eine phasensynchronisierte Verbindung der zwei Abschnitte des zu synthesierenden Gitters wird nach der Phasendifferenz zwischen dem Signal des einen der Hauptfotodetektoren 6, 7, 8, 9 und dem Synchronisiersignal von der Wechselspannungsquelle 50 hergestellt.

Im Zusammenhang damit, dass der erste Abschnitt des zu synthesierenden Gitters mit keinem anderen seiner vorhergehenden Abschnitte verbunden werden kann, werden vor der Belichtung lediglich folgende Phasendifferenzen A<p aufgespeichert:

Aq>i (8, 9), wo in runder Klammer die Bezugszeichen der Fotodetektoren angegeben werden, an denen die Phasendifferenz A<p abgenommen wird, während der Index bei <p auf die Art der bei der Synthese des Gitters vorgenommenen Korrektur hinweist;

A«p2 (9,11);

Aq>3 (Synchronisiersignale);

A<p4 (12, 13).

Ferner wird die Quelle 50 abgeschaltet. Dann wird der erste Abschnitt belichtet.

Im Vorgang der Belichtung des zu synthesierenden Gitters muss die Phasensynchronisierung bei den Abschnitten korrigiert werden, was durch Regelung der der Zelle 29 von der Gleichspannungsquelle 51 zugeführten Gleichspannung erreicht wird.

Die Phasensynchronisierung bei den zwei benachbarten Abschnitten des zu synthesierenden Gitters wird in diesem Fall mittels der Schalteinheit 49 überwacht, über die das Signal vom Fotodetektor 9 auf das Voltmeter 52 auftrifft.

Nach der Belichtung des zu synthesierenden Gitters wird die Quelle 50 eingeschaltet und der Schlitten 34 (Fig. 1) um die Länge eines Abschnittes des zu synthesierenden Gitters verschoben, die £ ï (Fig. 4) gleich ist. Bei der Verschiebung des Schlittens 34 (Fig. 1) kann sich die Liniendichte des Interferenzfeldes des Interferometers 3 infolge einer Verformung der Grundplatte 1 ändern. Die dadurch verursachte Abweichung der Dichte v von der Solldichte wird durch das zusätzliche Diffraktionsgitter 4 überwacht, in dessen Apertur die Fotodetektoren 12, 13 angeordnet sind. Die Dichte wird durch die Elektrostriktionszelle 27 korrigiert, die durch die Gleichspannungsquelle 56 (Fig. 2) gesteuert wird, denn bei geringfügigen Verschiebungen des Sockels 26, auf dem das kurzbrennweitige Objektiv 18 mit der Blende 20 angeordnet ist, erfolgt eine Änderung des Winkels e zwischen den optischen Achsen der Wegstrecken des Interferometers 3, was seinerseits eine Änderung der Liniendichte des In5

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terferenzfeldes bewirkt. Deshalb wird die Grösse Acp (12, 13) der Phasendifferenz bei diesem Paar der Fotodetektoren wiederhergestellt, so dass

A(p4 (12,13) =A(p'4(12,13)

ist. Der Index «'» weist darauf hin, dass sich der Träger 5 um einen Abschnitt des zu synthesierenden Gitters verschoben hat.

Im weiteren werden die Winkel a und ß korrigiert.

Zu diesem Zweck wird bei den jeweiligen Paaren der Fotodetektoren 6, 7; 8, 9 und 7,10; 9,11, vor denen sich der Abschnitt des Trägers mit den nicht in Phase liegenden Gittern befindet, eine jeweilige Phasendifferenz wiederhergestellt, so dass für otAcpi (8, 9) = Aq>'i (6, 7),

für ßA<p2 (9,11) = A<p'2 (7,10) ist.

Die Winkel a und ß werden durch Schwenkung des Rahmens 31 mit dem Träger 5 um entsprechende Winkel mittels der Elektromotoren 41 bzw. 42 korrigiert. Dann wird eine Phasensynchronisierung der Striche des ersten Abschnitts des zu synthesierenden Gitters mit den Linien des Interferenzfeldes für eine exakte Phasensynchronisierung der Verbindung des ersten Abschnittes des zu synchronisierenden Gitters mit dessen zweitem Abschnitt in Angriff genommen. Dies geschieht unter Einhaltung der Gleichheit A93 (9, Synchronisiersignal) = A<p'3 (7, Synchronisiersignal) durch Verschiebung der Wellenfront in einem der Wegstrecken des Interferometers 3 unter Zuhilfenahme der Elektrostriktionszelle 29 und der Gleichspannungsquelle 51. Dann werden die Beträge der Phasendifferenzen Atp'1 (8, 9), Atp'2 (9, 11), Atp'3 (9, Synchronisiersignal) und Acp'4 (12,13) eingespeichert. Die Quelle 50 wird abgeschaltet und ein zweiter Abschnitt des zu synthesierenden Gitters der Unterlage 5 belichtet, und während der Belichtung wird die Einhaltung von Aq>'3 der Korrektur überwacht. Und im folgenden wird der Zyklus einer phasensynchronisierten Verbindung zweier Abschnitte des zu synthesierenden Gitters mehrmalig wiederholt, bis ein holographisches Diffraktionsgitter der Sollänge synthesiert ist.

Derartige konstruktive Lösung der erfindungs-gemässen Einrichtung gestattet es, ein holographisches Diffraktionsgitter unbegrenzter Länge mit einer kontinuierlichen Strichverteilung zu bekommen.

Die hohe Genauigkeit des durch die erfindungs-gemässe Einrichtung zu synthesierenden Gitters ergibt sich aus nachfolgendem.

Der Träger ist in zwei Teile aufgeteilt, was die Möglichkeit gibt, den zweiten Teil im Interferenzfeld unter minimalen Verzerrungen anzuordnen, was zu einer genaueren Bestimmung und Einleitung der Korrekturen führt.

Die Hauptfotodetektoren liegen in einer auf der optischen Achse des einen der Arme des Interferometers senkrecht stehenden Ebene und sind damit in die Lage versetzt, die kontrastreichsten Interferenzstreifen zu demodulieren und im Betrieb einer Phasenmodulation infolge der Befestigung des einen der Spiegel des Interferometers an einer durch ein Signal von einem Wechselspannungsgenerator modulierten Elektrostriktionszelle zu funktionieren. Dank dieser Elektrostriktionszelle erfolgt die phasensynchronisierte Verbindung der zwei benachbarten Abschnitte mit einer höchstmöglichen Genauigkeit durch Phasenmessungen bei der Bestimmung und Einleitung der Korrektur, wobei die Korrektur der Phasensynchronisation selbst während der Belichtung im Amplitudendemodulationsbetrieb weiter überwacht wird.

Das durch diese Einrichtung synthesierte holographische Diffraktionsgitter besitzt eine hohe Gleichmässigkeit in der Strichverteilung längs eines beliebigen Abschnitts seiner Länge bei gleichen Strichabständen. Die Konstanz dieser Abstände wird durch die Einführung der zwei Hauptfotodetektoren in die Apertur des zweiten Teiles der Unterlage, der zweiten Elektrostriktionszelle, des zusätzlichen Gitters und der zusätzlichen Fotodetektoren in dessen Apertur beibehalten. Derartiges Gitter, bei dessen Synthese eine Überwachung der Strichabstände eingeführt wird, die im Phasenmodulationsbetrieb verwirklicht wird, weist eine grössere Genauigkeit auf.

Die Genauigkeit wird auch dadurch erhöht, dass eine elektrische kontaktlose Steuerung sämtlicher Baugruppen der erfindungsgemässen Einrichtung verwirklicht wird, weshalb sich die negative Einwirkung der Vibration auf die Messungen in einem Mindestmass auswirkt.

Der Betrieb der erfindungsgemässen Einrichtung wird durch Gliederung des Trägers in zwei Teile vereinfacht, was es gestattet, die Herstellungstechnologie für den zweiten Teil zu vereinfachen, diesen mehrfach zu verwenden und damit die Zeit und Mittel bei dessen Erzeugung einzusparen und auf solche Weise die Genauigkeit des ersten Teiles durch dessen autonomen Einsatz beizubehalten.

Mit Hilfe der erfindungsgemässen Einrichtung ist ein 700 mm langes holographisches Diffraktionsgitter mit einem Fehler von nicht über 0,2 um synthesiert worden. Die Phasendifferenzmessung erfolgte durch die Paare der Fotodetektoren in den Pausen zwischen den Belichtungen der einzelnen Abschnitte im dynamischen Betrieb bei einer Frequenz der Modulation der Wellenfront durch die Elektrostriktionszelle nach dem Sägezahngesetz gleich 35 Hz. Das Gitter wurde durch einen Laser mit einer Wellenlänge von X = 0,6328 um aufgezeichnet, wobei der Winkel 0 der Dichte des Interferenzfeldes von 1000 L/mm entsprach.

Claims

Patentansprüche

Einrichtung zur Synthese langer holographischer Diffraktionsgitter, die eine Kohärenzlichtquelle (2) und im Strahlengang (B) des kohärenten Lichtstromes hintereinander ein Zweistrahl-Interferometer (3), dessen jede optische Wegstrecke eine Reihenschaltung aus einem Umlenkspiegel (16; 17), einem kurzbrennweitigen Objektiv (18; 19), einer Lochblende (20; 21) und einem Kollimatorobjektiv (22; 23) aufweist, sowie einen verschiebbar angeordneten Träger (5) mit auf diesem sequentiell aufgezeichneten, nicht in Phase liegenden zusätzlichen holographischen Diffraktionsgittern und mit einer lichtempfind-

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lichen Schicht zur Synthese des langen holographischen Diffraktionsgitters auf dieser und vier in der Apertur der zusätzlichen holographischen Diffraktionsgitter und in der Ausgangsapertur des Interferometers (3) liegende und mit einem Registriergerät elektrisch verbundene Hauptfotodetektoren (6, 7, 8, 9) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (5) aus zwei Teilen - einem ersten (32) und einem zweiten (33) - ausgeführt ist, die hintereinander im Strahlengang (B) des kohärenten Lichtstromes angeordnet, miteinander starr verbunden sind, wobei auf das erste von ihnen (32) die lichtempfindliche Schicht aufgebracht ist und auf dem zweiten (33) die zusätzlichen holographischen Diffraktionsgitter liegen, und die vier Hauptfotodetektoren (6, 7, 8, 9) in einer senkrecht zur optischen Achse der einen der optischen Wegstrecken des Interferometers (3) verlaufenden Ebene, und zwar je zwei (6, 8; 7, 9) auf entgegengesetzten Seiten des ersten Teils (32) des Trägers (5) und symmetrisch um diesen ersten Teil angeordnet sind, und in dem Interferome-ter (3) zwei Elektrostriktionszellen (27, 29), wobei an einer dieser Elektrostriktionszellen (29) der Umlenkspiegel (17) der zweiten optischen Wegstrecke befestigt ist und diese mit einer Wechsel- und einer ersten Gleichspannungsquelle (50; 51) elektrisch verbunden ist, während an der anderen Elektrostriktionszelle (27) das kurzbrennweitige Objektiv (18) mit der Lochblende (20) der ersten optischen Wegstrecke angeordnet ist und diese mit einer zweiten Gleichspannungsquelle (56) elektrisch verbunden ist, ein in der Ausgangsapertur des Interferometers (3) vor dem Träger (5) angeordnetes weiteres zusätzliches holographisches Diffraktionsgitter (4), zwei weitere in der gleichen Ebene wie auch die ersten genannten Hauptfotodetektoren (6, 7, 8, 9) bei einer Seite des ersten Teils (32) des Trägers (5) auf einer Geraden (47), auf der gleichen Seite von jeweilig einem der ersten genannten und bei der selben einen Seite des ersten Teils (32) des Trägers (5) angeordneten Hauptfotodetektoren (7, 9) und in einem gleichen Abstand (b) von diesem jeweilig einen liegende Hauptfotodetektoren (10, 11) und zwei in der Apertur des weiteren zusätzlichen holographischen Diffraktionsgitters (4) und auf einer senkrecht zu den Linien des Interferenzfeldes verlaufenden Geraden (46) liegende zusätzliche Fotodetektoren (12, 13) sowie eine Schalteinheit (49),deren Eingänge an sämtlichen Fotodetektoren (6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13) und an die Wechselspannungsquelle (50) und deren einer der Ausgänge an ein Voltmeter (52) angeschlossen sind, und zwei Selektivverstärker (53, 54), deren Eingänge mit übrigen Ausgängen der Schalteinheit (49) gekoppelt sind, wobei als Registriergerät ein mit den Ausgängen der Selektivverstärker (53, 54) verbundener Phasenmesser (55) zum Einsatz gelangt, vorgesehen sind.

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