CN103499851B - 一种闪耀凹面光栅制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新的闪耀凹面光栅制作方法，它可以解决现有闪耀凹面光栅复制方法误差大的问题。该方法为：通过复制工艺复制凹面闪耀光栅，复制完毕，保温、降温，然后分别将两块光栅以不同的拔取方式分离，最后将复制分离后的凹面光栅毛坯进行拼接，得到所需要的凹面闪耀光栅。

Description

一种闪耀凹面光栅制作方法

技术领域

本发明涉及一种新的闪耀凹面光栅制作方法，可以广泛应用于光谱仪器、分析测量等领域，属于光栅制作技术领域。

背景技术

全息凹面光栅集色散、聚焦、平像场（凹面光栅很重要的一个特征是它可以成像，而且可成像在一个平面上，所以可以采用CCD作为接收器件）于一体，是便携式光栅光谱仪器中的关键元件，直接决定着光谱仪器的最终质量。然而受凹面基底几何形状的限制，凹面光栅很难采用离子束直接刻蚀，很多情况下甚至完全不可能，导致凹面光栅的槽型无法精确控制，衍射效率一直难以提高，成为其应用瓶颈。

针对这一问题，目前普遍的做法是直接曝光制作凸面母光栅，然后复制得到凹面光栅，但是，平场（即前面说的“平像场”）凹面光栅由于其槽型均一致，经过凸面母光栅复制后，只需要沿竖直方向拔取，就可以得到所需要的凹面光栅。而闪耀凹面光栅由于其闪耀角，如果也沿着竖直方向拔取，那么就会对光栅的衍射效率造成很大的影响，限制了其应用。

发明内容

为了克服现有复制方法的不足，本发明提供了一种闪耀凹面光栅制作方法，解决现有闪耀凹面光栅复制方法误差大的问题。

为此，本发明将原本完整的复制光栅毛坯分成大小形状完全相同的两块，进行复制后，分别拔取，最后再进行光栅拼接，得到所需要的凹面光栅。

优选地，本发明还具有如下特点：

步骤A中，所述凸面闪耀母光栅由基底通过感光、显影和离子束刻蚀而成，所述基底的工作面是光学面，已经做过抛光处理；在制备过程中，凸面闪耀母光栅的工作面上旋涂感光材料，即光刻胶；凸面闪耀母光栅首先采用全息曝光法得到凸面光刻胶掩膜光栅，然后对凸面光刻胶掩膜光栅进行显影，得到光刻胶母光栅，最后对显影后的光刻胶母光栅进行离子束刻蚀，得到凸面闪耀母光栅。

所述凸面闪耀母光栅的基底的功能面为平面、球面或非球面。

步骤B中，凹面光栅复制基底面型与凸面母光栅基底的工作面面型相一致,并且所述凹面光栅基底可以分成大小、形状完全相等的两块；所述分割片材料为硬质高温蒸煮PE封口膜，它的主要成分是聚乙烯。

所述分割片与硅油膜分离层、铝膜反射膜以及环氧树脂胶均不能粘到一起。

步骤C中，首先在凸面闪耀母光栅的中间直立地放置分割片，在已经制备好的凸面闪耀母光栅上先镀一层薄而均匀的硅油膜作为分离层，再镀反射膜，然后，把蒸镀后的母光栅放在烘箱内的平台上，倒上环氧树脂，并压上复制光栅白坯，经过调平和排除气泡后，把烘箱升温至固化合适温度，待环氧树脂固化后，从烘箱中取出。

步骤E中，要做到两个光栅在竖直方向的间隔B=0，而且两个光栅在水平方向的间隔S=Nd，即间隔S为光栅常数的整数倍，其中N为一正整数，d为待拼接小光栅的光栅常数。

本发明的闪耀凹面光栅制作方法可避免拔取时对光栅的衍射效率造成的影响,解决现有闪耀凹面光栅复制方法误差大的问题。

附图说明

图1所示为制备好的凸面闪耀母光栅示意图。

图2所示为凹面光栅复制基底示意图。

图3所示为利用凸面闪耀母光栅复制凹面闪耀光栅示意图。

图4所示为凹面闪耀光栅的拔取示意图。

图5所示为凹面闪耀光栅的拼接示意图。

其中

1：凸面闪耀光栅  2：凹面光栅基底  3：分离层、反射膜和环氧树脂胶4：分割片  G1：第一拼接光栅  G2：第二拼接光栅  L1:第一光线  L2：第二光线

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，以便于更清楚的理解本发明所要求保护的技术思想。

本实施例说明一种制作凹面闪耀光栅的方法，具体如下：

1、先制备凸面闪耀母光栅1。已经制备好的凸面闪耀母光栅1如附图1所示。所述凸面闪耀母光栅1由基底通过感光、显影和离子束刻蚀而成，所述基底的工作面（即凸面基底上凸的那个面）是光学面，已经做过抛光处理；在制备过程中，凸面闪耀母光栅1的工作面上旋涂感光材料，即光刻胶；凸面闪耀母光栅1首先采用全息曝光法得到凸面光刻胶掩膜光栅，然后对凸面光刻胶掩膜光栅进行显影，得到光刻胶母光栅，最后对显影后的光刻胶母光栅进行离子束刻蚀，得到凸面闪耀母光栅1。

2、准备凹面光栅复制基底2，如附图2所示，它的工作面（此处的工作面应该与上面解释的工作面是相对的，两个面在复制过程中将贴合在一起，也就是说此工作面是凹面基底的凹的那个面，面型与凸面基底的凸面一致）面型与凸面母光栅基底的工作面面型相一致。并且所述凹面光栅基底可以分成大小、形状完全相等的两块。

3、准备分割片4。所述分割片4可以起到分割的作用。它与硅油膜分离层、铝膜反射膜以及环氧树脂胶均不能粘到一起。分割片的材料为硬质高温蒸煮PE封口膜，它的主要成分是聚乙烯，它的主要作用是分割，因此很薄。

4、凹面光栅的复制，如附图3所示。首先在凸面闪耀母光栅1的中间直立地放置分割片4（要借助外界的力量使其保持直立，如机械夹具等。把分割片卡在可调整高低的卡槽上，卡槽对称放在光栅的两侧，调整卡槽相对光栅的位置，可以使得分割片正好处在光栅的中央），在已经制备好的凸面闪耀母光栅1上先镀一层薄而均匀的硅油膜作为分离层，再镀反射膜（铝膜、金膜或银膜等），然后，把蒸镀后的母光栅放在烘箱内的平台上，倒上环氧树脂，并压上复制光栅白坯2，经过仔细调平和排除气泡后，把烘箱升温至60度，待环氧树脂固化后，从烘箱中取出。整个过程，分割片一直直立在上面，在放进烘箱的过程中，其实由于分割片的质量较小，且已经处于直立，所以可以把卡槽撤掉，然后再放进烘箱。待拿出来可以视情况再选择是否放进卡槽，以便后一步的拔取。

5、凹面闪耀光栅的分离，如附图4所示。将上述制备好但未分离的光栅进行分离。光栅G2中采用直接向上拔取的方式2来拔取，可以获得比较好的光栅槽型。而光栅G1如果采用相同的方式，那么在光栅G1的右侧边缘部分的槽型会很不理想，导致整个光栅质量下降，光栅衍射效率下降，进而影响到光栅的应用。光栅G1采用一个倾斜的角度1来拔取，对于光栅两边都有所考虑，那么它就可以得到理想的槽型。分离后的光栅如附图5所示。G1和G2在图2（基底）的时候是对称的，但是当经过复制后，图4中的G1和G2是不对称的，不对称表现在他们的微观槽型上，在用离子束刻蚀凸面闪耀光栅时，离子束的角度不变，而光栅是绕着一个方向旋转，这样刻蚀出最终的凸面闪耀光栅，所以凸面闪耀光栅的两边槽型是不对称的，进而凹面闪耀光栅的槽型也不对称。所以他们的拔取方式是不一样的。

6、拼接凹面光栅，原理如附图5所示。将上述分离后的光栅G1、G2进行拼接，原理如下：光栅G1和G2之间存在间隔B、S，一平面波以角α入射到光栅G1和G2上，若想使光线L1和L2以相同的角β衍射出，必须使光栅G1和G2的表面平行而且栅线也要平行。设这时某同一衍射级次的衍射光线1和光线2之间存在位相差δ，那么经过计算， $\mathrm{\δ}=\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}\·[S\·(\sin \mathrm{\α}+\sin \mathrm{\β})-B\·(\cos \mathrm{\β}-\cos \mathrm{\α})]$

为了保证光栅整体的衍射效率，凹面光栅对位相精度要求较高，为了保证拼接光栅中各个小光栅的衍射波阵面间的位相一致，不但要使各小光栅共面（即B=0），而且还须保证下式的值为2π的整数倍：

$\mathrm{\δ}=\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}\·S\·(\sin \mathrm{\α}+\sin \mathrm{\β})=\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}\·\mathrm{\Δ}1$

也就是说不但要做到B=0，而且还要做到S=Nd，即间隔S为光栅常数的整数倍。其中N为一正整数，d为待拼接小光栅的光栅常数。

至此，闪耀凹面光栅的拼接复制完成。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明专利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种闪耀凹面光栅制作方法，其特征是包括如下步骤：

A、制备凸面闪耀母光栅；

B、准备凹面光栅复制基底并准备分割片；

C、复制凹面光栅，复制时在凸面闪耀母光栅的中间直立地放置分割片，以便在凸面闪耀母光栅上复制出相互分立的两个光栅；

D、分离凹面闪耀光栅：将分立的两个光栅分别从两个不同的方向拔取，从而将其从凸面闪耀母光栅上分离出来；

E、拼接凹面光栅：将上述分离后的光栅进行拼接。

2.如权利要求1所述的闪耀凹面光栅制作方法，其特征是：步骤A中，所述凸面闪耀母光栅由基底通过感光、显影和离子束刻蚀而成，所述基底的工作面是光学面，已经做过抛光处理；在制备过程中，凸面闪耀母光栅的工作面上旋涂感光材料，即光刻胶；凸面闪耀母光栅首先采用全息曝光法得到凸面光刻胶掩膜光栅，然后对凸面光刻胶掩膜光栅进行显影，得到光刻胶母光栅，最后对显影后的光刻胶母光栅进行离子束刻蚀，得到凸面闪耀母光栅。

3.如权利要求1所述的闪耀凹面光栅制作方法，其特征是：步骤B中，凹面光栅复制基底面型与凸面母光栅基底的工作面面型相一致,并且所述凹面光栅基底可以分成大小、形状完全相等的两块；所述分割片材料为硬质高温蒸煮PE封口膜，它的主要成分是聚乙烯。

4.如权利要求3所述的闪耀凹面光栅制作方法，其特征是：所述分割片与硅油膜分离层、铝膜反射膜以及环氧树脂胶均不能粘到一起。

5.如权利要求1所述的闪耀凹面光栅制作方法，其特征是：步骤C中，首先在凸面闪耀母光栅的中间直立地放置分割片，在已经制备好的凸面闪耀母光栅上先镀一层薄而均匀的硅油膜作为分离层，再镀反射膜，然后，把蒸镀后的母光栅放在烘箱内的平台上，倒上环氧树脂，并压上复制光栅白坯，经过调平和排除气泡后，把烘箱升温至固化合适温度，待环氧树脂固化后，从烘箱中取出。

6.如权利要求1所述的闪耀凹面光栅制作方法，其特征是：步骤E中，要做到两个光栅在竖直方向的间隔B＝0，而且两个光栅在水平方向的间隔S＝Nd，即间隔S为光栅常数的整数倍，其中N为一正整数，d为待拼接小光栅的光栅常数。