CN105352611A - 用于测量干涉仪传递函数的台阶板的制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于测量干涉仪系统传递函数的台阶板的制作方法，将具有面形1/10λ以上的石英基片放入镀膜夹具中，并通过两条铜丝固定锋利刀片使得刀片的刀口压紧待镀膜面，利用高温电子枪蒸镀法在待镀膜面的半边镀一层SiO2膜，本发明能够方便地制作不同高度以及不同口径的台阶板，并能保证台阶处的陡峭度和可用性，具有高精度、高效率和经济的特点。
Description
技术领域
本发明涉及干涉仪，特别是一种用于测量干涉仪传递函数的台阶板的制作方法。
背景技术
由于强激光、航空航天和天文观测等项目的发展,国内迫切需要多台大口径干涉仪检测系统中所用到的光学元件。对于强激光系统中的光学元件,其面形质量常用分频段分析的方法来评价。其中,低频段的误差使用波前梯度均方根评价参数；中频段的误差使用波前功率谱密度评价参数。这些参数均需通过干涉仪测得的波面结果计算获得。这就要求大口径干涉仪有良好的系统传递函数。
目前，干涉仪传递函数主要用标准台阶板相位比较法测量。标准台阶板相位比较法测传递函数的方法是用一块标定高度的石英台阶，理论上标准台阶板的台阶面与基面的夹角为90度，两个基面平行，精度要求较高，一般不低于干涉仪的标准镜的面形精度，数学上看来具有阶跃函数的性质，将其傅里叶变换后可以得到丰富的频谱成分，因此可以用来测试干涉仪的系统传递函数。此法需要一块高精度台阶板，一般通过在融石英基底上光刻、湿法刻蚀等复杂手段加工而成。为了保证传递函数测量结果的准确性，测量干涉仪传递函数时分析不同高度以及不同口径台阶板对测量结果的影响，需要多块台阶板，如运用蚀刻方式制作台阶板，制作工艺复杂，制作周期长。
发明内容
为了解决现有方法中存在的问题，本发明提供一种用于测量干涉仪传递函数的台阶板的制作方法，该方法工艺简单成本低，能够满足实际测量要求。
本发明的技术解决方案如下：
一种用于测量干涉仪传递函数的台阶板的制作方法，其特点在于该方法包括以下步骤：
①准备基础夹具：
基础夹具由工装夹具和刀片组装而成，所述的工装夹具是一块具有同心的圆形凹槽的圆形铝板，该圆形凹槽的直径与待镀基片直径相同，该圆形凹槽以过圆心的直径为界，圆形凹槽的一半圆通透无底，另一半圆有底，底厚为0.5mm～1mm，且半圆有底一侧的深度比待镀膜石英玻璃基片的厚度少1mm～2mm，在所述的工装夹具的半圆有底的一侧的圆形铝板上有与该半圆直径边缘相平行的第一线切割槽和第二线切割槽，第一线切割槽与圆心的距离为凹槽直径的1/4，第二线切割槽与圆心的距离为凹槽直径的1/10，两条线切割槽宽度为0.5mm～1mm，深度达工装夹具的底上面；
先在第二线切割槽中插入铜丝，接着平行于工装夹具半圆直径边缘放入锋利刀片，该锋利刀片的长度比所述的圆形凹槽的直径短1mm，使锋利刀片的刀口伸出半圆直径边缘1mm，再在第一线切割槽中插入铜丝，两条铜丝夹紧使所述的锋利刀片翘起；
②将具有面形为1/10λ以上、光学均匀性为1类、条纹度1类、可见光光谱透过率1类、应力双折射1类、颗粒不均匀性1类和气泡度优于1类的石英玻璃基片放入所述的圆形凹槽中，使所述的石英玻璃基片的待镀膜面紧贴所述的锋利刀片；
③将安放了石英玻璃基片的基础夹具放入镀膜机的工件架中，在干锅中放入熔石英，控制镀膜机的真空度为10-2Pa，温度220°，利用高温电子枪蒸镀法，并采用膜厚控制仪监测镀膜厚度从而控制镀膜时间，待膜厚控制仪监测到的镀膜厚度达到要求厚度时，停止镀膜，即得到半边镀所需高度的SiO2膜的石英玻璃基片，该镀膜石英玻璃基片即为台阶板。
本发明与现有技术相比，具有下列显著优点：
1、传统光刻结合湿法刻蚀方法制备台阶板工艺复杂，难度高，使得制备成本高，而采用本发明刀口掩模镀膜方法制备台阶板工艺简单，成本低；
2、镀膜用基础夹具可以重复使用，适合批量镀膜，成本更低；
3、本发明刀口掩模镀膜方法制备的台阶板垂直面陡直连续，台阶跃变边缘陡直，陡直度满足90°±5°，与传统刻蚀方法制作的台阶板性能一致，满足实际测量要求；
4、本发明通过膜厚控制仪监测镀膜厚度从而控制镀膜时间，可以得到所需台阶高度的台阶板，通过改变基片直径及其配套的工装夹具的圆形凹槽的直径加工不同口径台阶板，因此本方法更易于实现各种台阶高度和口径的台阶板制作。
附图说明
图1是夹具图，图中1为工装夹具，2为锋利刀片，3为第一线切割槽，4为第二线切割槽，5为放石英基片的圆形凹槽
图2本发明刀口掩模镀膜方式制备的台阶板与传统刻蚀方式制备的台阶板测得的干涉仪传递函数曲线
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1：刀口掩膜镀膜法制备直径30mm、台阶高度30nm的台阶板
准备基础夹具：
①基础夹具由工装夹具1和刀片2组装而成，所述的工装夹具1是一块具有同心的圆形凹槽5的圆形铝板，该圆形凹槽的直径为30mm，与待镀基片直径相同，该圆形凹槽以过圆心的直径为界，一半圆通透无底，另一半圆有底，底厚为0.5mm，且半圆有底一侧的深度比待镀膜石英玻璃基片的厚度少1mm，在所述的工装夹具1的半圆有底的一侧的圆形铝板上有与该半圆直径边缘相平行的第一线切割槽3和第二线切割槽4，第一线切割槽与圆心距离为7.5mm，第二线切割槽与圆心距离为3mm，两条线切割槽宽度为0.5mm，深度达工装夹具1的底上面；
先在第二线切割槽4中插入铜丝，接着平行于工装夹具1半圆直径边缘放入锋利刀片2，刀片的刀口的长度为29mm，使锋利刀片的刀口伸出半圆直径边缘1mm，再在第一线切割槽3中插入铜丝，两条铜丝夹紧使所述的锋利刀片2的刀口翘起；
②将具有面形为1/10λ以上、光学均匀性为1类、条纹度1类、可见光光谱透过率1类、应力双折射1类、颗粒不均匀性1类和气泡度优于1类的直径30mm的石英玻璃基片放入所述的圆形凹槽5中，使所述的石英玻璃基片待镀膜面紧贴所述的锋利刀片；
③将安放了石英玻璃基片的基础夹具1放入镀膜机的工件架中，在干锅中放入熔石英，控制镀膜真空度为10-2Pa，温度220°，利用高温电子枪蒸镀法，并采用膜厚控制仪监测镀膜厚度从而控制镀膜时间，镀膜7.5秒，即得到直径30mm、镀膜台阶高度30nm的台阶板。
实施例2：刀口掩膜镀膜法制备直径50mm、台阶高度50nm的台阶板
准备基础夹具：
①基础夹具由工装夹具1和刀片2组装而成，所述的工装夹具1是一块具有同心的圆形凹槽5的圆形铝板，该圆形凹槽的直径为50mm，与待镀基片直径相同，该圆形凹槽以过圆心的直径为界，一半圆通透无底，另一半圆有底，底厚为0.75mm，且半圆有底一侧的深度比待镀膜石英玻璃基片的厚度少1.5mm，在所述的工装夹具1的半圆有底的一侧的圆形铝板上有与该半圆直径边缘相平行的第一线切割槽3和第二线切割槽4，第一线切割槽与圆心距离为12.5mm，第二线切割槽与圆心距离为5mm，两条线切割槽宽度为0.75mm，深度达工装夹具1的底上面；
先在第二线切割槽4中插入铜丝，接着平行于工装夹具1半圆直径边缘放入锋利刀片2，刀片的刀口的长度为49mm，使锋利刀片的刀口伸出半圆直径边缘1mm，再在第一线切割槽3中插入铜丝，两条铜丝夹紧使所述的锋利刀片2的刀口翘起；
②将具有面形为1/10λ以上、光学均匀性为1类、条纹度1类、可见光光谱透过率1类、应力双折射1类、颗粒不均匀性1类和气泡度优于1类的直径50mm的石英玻璃基片放入所述的圆形凹槽5中，使所述的石英玻璃基片待镀膜面紧贴所述的锋利刀片；
③将安放了石英玻璃基片的基础夹具1放入镀膜机的工件架中，在干锅中放入熔石英，控制镀膜真空度为10-2Pa，温度220°，利用高温电子枪蒸镀法，并采用膜厚控制仪监测镀膜厚度从而控制镀膜时间，镀膜12.5秒，即得到直径50mm，镀膜台阶高度50nm的台阶板。
实施例3：刀口掩膜镀膜法制备直径100mm、台阶高度100nm的台阶板
准备基础夹具：
①基础夹具由工装夹具1和刀片2组装而成，所述的工装夹具1是一块具有同心的圆形凹槽5的圆形铝板，该圆形凹槽的直径为100mm，与待镀基片直径相同，该圆形凹槽以过圆心的直径为界，一半圆通透无底，另一半圆有底，底厚为1mm，且半圆有底一侧的深度比待镀膜石英玻璃基片的厚度少2mm，在所述的工装夹具1的半圆有底的一侧的圆形铝板上有与该半圆直径边缘相平行的第一线切割槽3和第二线切割槽4，第一线切割槽与圆心距离为25mm，第二线切割槽与圆心距离为10mm，两条线切割槽宽度为1mm，深度达工装夹具1的底上面；
先在第二线切割槽4中插入铜丝，接着平行于工装夹具1半圆直径边缘放入锋利刀片2，刀片的刀口的长度为99mm，使锋利刀片的刀口伸出半圆直径边缘1mm，再在第一线切割槽3中插入铜丝，两条铜丝夹紧使所述的锋利刀片2的刀口翘起；
②将具有面形为1/10λ以上、光学均匀性为1类、条纹度1类、可见光光谱透过率1类、应力双折射1类、颗粒不均匀性1类和气泡度优于1类的直径100mm的石英玻璃基片放入所述的圆形凹槽5中，使所述的石英玻璃基片待镀膜面紧贴所述的锋利刀片；
③将安放了石英玻璃基片的基础夹具1放入镀膜机的工件架中，在干锅中放入熔石英，控制镀膜真空度为10-2Pa，温度220°，利用高温电子枪蒸镀法，并采用膜厚控制仪监测镀膜厚度从而控制镀膜时间，镀膜25秒，即得到直径100mm，镀膜台阶高度100nm的台阶板。
实施例4：刀口掩模镀膜台阶板与传统刻蚀台阶板在干涉仪传递函数测量中的应用比较
将制备的台阶板与传统刻蚀方法制备的台阶板分别应用于干涉仪传递函数测量，分别获得采用两种台阶板测得的波前数据，并将两种方法的测量结果进行分析比较。在干涉仪的测试软件中选取合适的测试区域并消倾斜；确定采样点数和采样线条数，确定台阶位置函数，并根据台阶线位置对称截取台阶板相位数据并建立理想台阶板数据；加汉宁窗，用快速福利叶变换算法分别计算实际台阶和理想台阶的功率谱密度，并用实际台阶与理想台阶的功率谱密度相除即可得到干涉仪的传递函数。
图2为刀口掩模镀膜台阶板和刻蚀方式台阶板测得的传递函数曲线，由图中可见，刀口掩模镀膜台阶板测得的传递函数曲线与刻蚀方式台阶板测得的传递函数曲线基本一致，且在表征频率3.2处传递函数值均超过70％，满足干涉仪设计要求。
Claims (1)
1.一种用于测量干涉仪传递函数的台阶板的制作方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
①准备基础夹具：
基础夹具由工装夹具(1)和刀片(2)组装而成，所述的工装夹具(1)是一块具有同心的圆形凹槽(5)的圆形铝板，该圆形凹槽(5)的直径与待镀基片直径相同，该圆形凹槽以过圆心的直径为界，该圆形凹槽的一半圆通透无底，另一半圆有底，底厚为0.5mm～1mm，且半圆有底一侧的深度比待镀膜石英玻璃基片的厚度少1mm～2mm，在所述的工装夹具(1)的半圆有底的一侧的圆形铝板上有与该半圆直径边缘相平行的第一线切割槽(3)和第二线切割槽(4)，第一线切割槽与圆心的距离为凹槽直径的1/4，第二线切割槽与圆心的距离为凹槽直径的1/10，两条线切割槽的宽度为0.5mm～1mm，深度达工装夹具(1)的底上面；
先在第二线切割槽(4)中插入铜丝，接着平行于工装夹具(1)半圆直径边缘放入锋利刀片(2)，该刀片的长度比所述的圆形凹槽(5)的直径短1mm，使锋利刀片(2)的刀口伸出半圆直径边缘1mm，再在第一线切割槽(3)中插入铜丝，两条铜丝夹紧使所述的锋利刀片(2)的刀口翘起；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |