RU2642139C1 - Способ изготовления дифракционных решеток - Google Patents
Способ изготовления дифракционных решеток Download PDFInfo
- Publication number
- RU2642139C1 RU2642139C1 RU2016151985A RU2016151985A RU2642139C1 RU 2642139 C1 RU2642139 C1 RU 2642139C1 RU 2016151985 A RU2016151985 A RU 2016151985A RU 2016151985 A RU2016151985 A RU 2016151985A RU 2642139 C1 RU2642139 C1 RU 2642139C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- strokes
- substrate
- technological
- angle
- layer
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/18—Diffraction gratings
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
Abstract
Использование: для изготовления дифракционных решеток с малыми углами «блеска» в пределах 0,5°-2° в твердых хрупких материалах подложек. Сущность изобретения заключается в том, что способ включает в себя формирование штрихов заданной частоты, с геометрическими параметрами в поперечном сечении, близкими к заданным параметрам штрихов дифракционной решетки, в слое пластичного материала на полированной подложке, и удаление слоя пластичного материала посредством реактивного ионно-лучевого травления, сформированные в слое пластичного материала штрихи используют в качестве технологических штрихов, которые формируют с углом наклона пологой грани к поверхности подложки, равным 3°-12°, и полностью удаляют посредством реактивного ионно-лучевого травления под углом 90° к поверхности подложки, выполняя при этом в подложке формирование штрихов с заданным углом «блеска» и с заданным периодом решетки, причем в качестве материала технологических штрихов используют материал, скорость травления которого выше скорости травления материала подложки. Технический результат: обеспечение возможности повышения качества изготовления дифракционных решеток. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к технологии изготовления в твердых хрупких материалах подложек дифракционных решеток с малыми углами «блеска» в пределах 0,5°-2°, применяемых, преимущественно, в рентгеновской и вакуумной ультрафиолетовой областях спектра.
При изготовлении дифракционных решеток для рентгеновской и вакуумной ультрафиолетовой областей спектра штрихи формируют непосредственно в полированной подложке из оптического стекла. При этом существует проблема получения правильной формы граней штрихов из-за недостаточной пластичности материала подложки.
Известен способ изготовления дифракционных решеток, по которому на полированную подложку из оптического стекла наносят слой пластичного материала и формируют в нем штрихи с помощью алмазного резца на делительной машине с системой интерференционного управления (Герасимов Ф.М., Яковлев Э.А. Дифракционные решетки // Современные тенденции в технике спектроскопии. - Новосибирск, «Наука», 1982, с. 68-71, с. 76-81).
В результате получают оригинальные решетки, работающие, в том числе, в вакуумной ультрафиолетовой области спектра. При таком способе изготовления нарезных дифракционных решеток заданная геометрия профиля штрихов определяется, в основном, формой используемого для этого алмазного резца, а также пластичными свойствами материала, в котором формируют штрихи.
Известен также способ изготовления дифракционных решеток для вакуумной ультрафиолетовой области спектра, включающий нанесение на полированную подложку из оптического стекла слоев алюминия и фтористого магния, а также формирование штрихов, которое осуществляют алмазным резцом в слое фтористого магния, при этом для формирования углов «блеска» 2°-5° удельную нагрузку на алмазный резец выбирают равной 1,5-5 грамм (патент SU 1631493, МПК G02B/18, опубликован 28.02.1991).
Недостатком известных способов-аналогов является то, что при формировании штрихов с помощью алмазного резца профиль штрихов выполняется не полностью, форма профиля штрихов не является близкой к идеальной треугольной, а участки поверхности между штрихами деформируются, что приводит к увеличению светорассеяния и снижению дифракционной эффективности решеток в заданном спектральном диапазоне.
Прототипом является способ изготовления дифракционных решеток, в том числе решеток для вакуумной ультрафиолетовой области спектра, по которому на полированную подложку из оптического стекла наносят слой пластичного материала, формируют в нем с помощью алмазного резца штрихи заданного профиля и производят удаление слоя пластичного материала, корректируя при этом профиль штрихов, посредством ионно-лучевого травления под углом к поверхности подложки (Гужов В.Ю. «Ионно-лучевая технология травления в производстве оптических элементов» // Оптический журнал, т. 69, №9, 2002 г. с. 99).
В данном способе изготовления дифракционных решеток для получения правильной формы граней штрихов осуществляют коррекцию профиля штрихов посредством ионно-лучевого травления «навала» над нерабочей гранью штриха, являющегося причиной паразитного рассеянного излучения.
Основным недостатком прототипа является невозможность изменения геометрии профиля штрихов, а именно приближение профиля штрихов к идеальному треугольному с малыми углами «блеска» в пределах 0,5°-2° при заданных периоде решетки и материале подложки, что обуславливает низкое качество изготовления дифракционных решеток.
Задачей изобретения является разработка способа изготовления дифракционных решеток, в котором устранены основные недостатки аналогов и прототипа.
Техническим результатом изобретения является повышение качества изготовления дифракционных решеток за счет обеспечения возможности получения в твердых хрупких подложках профиля штрихов, приближенного к идеальному треугольному, с углами «блеска» в пределах 0,5°-2°.
Технический результат достигается тем, что в способе изготовления дифракционных решеток, включающем формирование штрихов заданной частоты с геометрическими параметрами в поперечном сечении, близкими к заданным параметрам штрихов дифракционной решетки, в слое пластичного материала на полированной подложке, и удаление слоя пластичного материала посредством реактивного ионно-лучевого травления, согласно настоящему изобретению, сформированные в слое пластичного материала штрихи используют в качестве технологических штрихов, которые формируют с углом наклона пологой грани к поверхности подложки, равным 3°-12°, и полностью удаляют посредством реактивного ионно-лучевого травления под углом 90° к поверхности подложки, выполняя при этом в подложке формирование штрихов с заданным углом «блеска» и с заданным периодом решетки, причем в качестве материала технологических штрихов используют материал, скорость травления которого выше скорости травления материала подложки.
Технологические штрихи выполняют путем копирования с решетки-матрицы.
В качестве материала технологических штрихов используют полиэфирную смолу диметакрилат триэтиленгликоля ТГМ-3, а в качестве материала подложки - оптическое стекло марки КВ.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых схематично показаны этапы технологического процесса изготовления дифракционной решетки.
На фиг. 1 - заготовка дифракционной решетки с технологическими штрихами, сформированными в слое пластичного материала.
На фиг. 2 - заготовка дифракционной решетки при стравливании технологических штрихов в процессе реактивного ионно-лучевого травления (промежуточная стадия выполнения штрихов на подложке дифракционной решетки, стрелками показано направление потока ионов).
На фиг. 3 схематично изображена дифракционная решетка, изготовленная согласно предлагаемому способу.
Способ изготовления дифракционных решеток включает в себя формирование в слое пластичного материала на полированной подложке 1 штрихов 2, профиль которых имеет пологую грань 3 (фиг. 1), и удаление слоя пластичного материала посредством реактивного ионно-лучевого травления (фиг. 2).
Штрихи 2 заданной частоты выполнены с геометрическими параметрами в поперечном сечении, близкими к заданным параметрам штрихов 4 дифракционной решетки.
Отличием предлагаемого способа изготовления дифракционных решеток является то, что сформированные в слое пластичного материала штрихи 2 используют в качестве технологических штрихов, которые формируют с углом αШ наклона пологой грани 3 к поверхности подложки 1, равным 3°-12°, и полностью удаляют посредством реактивного ионно-лучевого травления под углом 90° к поверхности подложки 1 (фиг. 2), выполняя при этом в подложке 1 формирование штрихов с заданным углом «блеска» αБ и с заданным периодом dP решетки (фиг. 3), причем в качестве материала технологических штрихов 2 используют материал, скорость V2 травления которого выше скорости V1 травления материала подложки 1.
При этом технологические штрихи 2 выполняют путем копирования с решетки-матрицы (на чертеже этап копирования не показан), имеющей штрихи с геометрическими параметрами в поперечном сечении, близкими к параметрам технологических штрихов 2.
Технологические штрихи 2 формируют с углом αШ наклона пологой грани 3 к поверхности подложки 1, равным 3°-12°.
В качестве материала технологических штрихов 2 используют полиэфирную смолу диметакрилат триэтиленгликоля ТГМ-3, а в качестве материала подложки 1 - оптическое стекло марки КВ.
Выбор оптимального предела формирования угла αШ наклона пологой грани 3 технологических штрихов 2 к поверхности подложки 1, равного 3°-12° (фиг. 1), обусловлен тем, что при угле αШ наклона технологических штрихов 2 менее 3° угол «блеска» αБ изготавливаемой дифракционной решетки, после полного стравливании технологических штрихов 2 в процессе реактивного ионно-лучевого травления, достигнет значения меньше 0,5°, которое не является целью предлагаемого изобретения, а увеличение указанного угла αШ наклона технологических штрихов 2 более 12° приведет к получению дифракционной решетки с углом «блеска» αБ более 2°, которая может быть изготовлена известным способом формирования штрихов заданного профиля с помощью алмазного резца.
Экспериментальным путем определено оптимальное соотношение V2:V1 скоростей травления технологических штрихов 2 и подложки 1 в пределах от 6 до 3, обусловленное оптимальными технологическими условиями приготовления рабочей смеси для среды, в которой производится травление, с учетом того, что на значение соотношения V2:V1 скоростей травления в большей мере влияет изменение скорости травления материалов технологических штрихов 2.
Рассмотрим осуществление предлагаемого способа изготовления дифракционных решеток на конкретном примере.
Необходимо изготовить дифракционную решетку, имеющую следующие технические характеристики:
1. Назначение и тип решетки: дифракционная решетка для использования в спектрометрах рентгеновской области спектра.
2. Количество штрихов на 1 мм: 1200 штр/мм.
3. Заданный период dP штрихов: 0,833 мкм.
4. Угол «блеска» αБ штрихов: 0,5°.
5. Материал подложки: оптическое стекло марки КВ.
6. Размеры заштрихованной поверхности, мм: 28×30.
7. Рабочая область спектра: рентгеновская, с длиной волны «блеска» 14 нм.
9. Рабочий порядок спектра с максимальной дифракционной эффективностью: первый.
10. Относительная дифракционная эффективность: более 50%.
Дифракционную решетку (фиг. 3) с углом «блеска» αБ, равным 0,5°, заданным периодом dP решетки, равным 0,833 мкм, изготавливают согласно предлагаемому способу в следующей последовательности.
В качестве пластичного материала для формирования технологических штрихов 2 выбираем полиэфирную смолу диметакрилат триэтиленгликоля ТГМ-3, так как скорость травления смолы ТГМ-3 выше скорости травления оптического стекла марки КВ в среде «Кислород + хладон 14» (O2+CF4).
В слое смолы ТГМ-3 при помощи решетки-матрицы, имеющей угол «блеска» 3°, частоту штрихов 1200 штр/мм, методом копирования (на чертеже этап копирования не показан) формируем технологические штрихи 2 треугольного профиля с пологой гранью 3 (фиг. 1) с углом αШ наклона технологических штрихов 2, равным 3°, частотой штрихов, равной 1200 штр/мм.
Далее выполняем последующее формирование в подложке 1 штрихов 4 (фиг. 3) дифракционной решетки с заданным углом «блеска» αБ, равным 0,5°, заданным периодом dP решетки, равным 0,833 мкм, посредством реактивного ионно-лучевого травления, которое осуществляем, под углом 90° к поверхности подложки 1 (фиг. 2), до полного удаления технологических штрихов 2, при этом скорость V2 травления материала технологических штрихов 2 (смолы ТГМ-3) выше скорости V1 травления материала подложки 1 (оптического стекла марки КВ).
Скорости V2 и V1 реактивного ионно-лучевого травления технологических штрихов 2 и подложки 1 в среде «Кислород + хладон 14» (O2+CF4) определены экспериментальным путем и равны, соответственно, 0,084 мкм/мин и 0,014 мкм/мин.
Формирование в подложке 1 штрихов 4 дифракционной решетки с заданным углом «блеска» αБ, равным 0,5°, и с заданным периодом dP решетки, равным 0,833 мкм, осуществляют в камере вакуумной установки ВУ-1А, оснащенной источником ионов типа «МИР-100», ориентируя заготовку дифракционной решетки таким образом, чтобы направление травления в среде «Кислород + хладон 14» (O2+CF4) было нормально к поверхности подложки 1, при следующих режимах и условиях: напряжение разряда 2,5 кВ, ток разряда 200 мА, рабочее давление 3×10-2 Па.
Получаем дифракционную решетку с заданным углом «блеска» αБ, равным 0,5°, заданным периодом dP решетки, равным 0,833 мкм (фиг. 3).
Для получения аналогичной дифракционной решетки с заданным углом «блеска» αБ, равным 2°, заданным периодом dP решетки, равным 0,833 мкм, (фиг. 3), на отполированную подложку 1 из оптического стекла марки КВ наносят слой полиэфирной смолы диметакрилат триэтиленгликоля ТГМ-3, формируют технологические штрихи 2 треугольного профиля с пологой гранью 3: угол наклона αШ=12°, период dШ=0,833 мкм, и производят реактивное ионно-лучевое травление в среде «Кислород + хладон 14» (O2+CF4) с указанными выше режимами и скоростями травления.
Таким образом, использование предлагаемого способа позволит повысить качество изготовления дифракционных решеток и обеспечит возможность получения требуемой геометрии профиля штрихов решетки с малыми углами «блеска» в пределах 0,5°-2° при заданных периоде решетки и материале подложки, что, в свою очередь, обеспечит получение решеток с высокой дифракционной эффективностью для рентгеновской и вакуумной ультрафиолетовой областей спектра.
Claims (3)
1. Способ изготовления дифракционных решеток, включающий формирование штрихов заданной частоты, с геометрическими параметрами в поперечном сечении, близкими к заданным параметрам штрихов дифракционной решетки, в слое пластичного материала на полированной подложке, и удаление слоя пластичного материала посредством реактивного ионно-лучевого травления, отличающийся тем, что сформированные в слое пластичного материала штрихи используют в качестве технологических штрихов, которые формируют с углом наклона пологой грани к поверхности подложки, равным 3°-12°, и полностью удаляют посредством реактивного ионно-лучевого травления под углом 90° к поверхности подложки, выполняя при этом в подложке формирование штрихов с заданным углом «блеска» и с заданным периодом решетки, причем в качестве материала технологических штрихов используют материал, скорость травления которого выше скорости травления материала подложки.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что технологические штрихи выполняют путем копирования с решетки-матрицы.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве материала технологических штрихов используют полиэфирную смолу диметакрилат триэтиленгликоля ТГМ-3, а в качестве материала подложки - оптическое стекло марки КВ.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016151985A RU2642139C1 (ru) | 2016-12-27 | 2016-12-27 | Способ изготовления дифракционных решеток |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016151985A RU2642139C1 (ru) | 2016-12-27 | 2016-12-27 | Способ изготовления дифракционных решеток |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2642139C1 true RU2642139C1 (ru) | 2018-01-24 |
Family
ID=61023866
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016151985A RU2642139C1 (ru) | 2016-12-27 | 2016-12-27 | Способ изготовления дифракционных решеток |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2642139C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021000222A1 (en) * | 2019-07-01 | 2021-01-07 | Schott Glass Technologies (Suzhou) Co. Ltd. | Diffractive optical element and method for manufacturing the same |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000016134A1 (en) * | 1998-09-10 | 2000-03-23 | Cymer, Inc. | Diffraction grating and fabrication technique for same |
| US20030112515A1 (en) * | 2001-12-13 | 2003-06-19 | Masaaki Nakabayashi | Diffractive optical element and method for producing the same |
| US7175773B1 (en) * | 2004-06-14 | 2007-02-13 | Carl Zeiss Laser Optics Gmbh | Method for manufacturing a blazed grating, such a blazed grating and a spectrometer having such a blazed grating |
| RU2470333C1 (ru) * | 2011-09-09 | 2012-12-20 | Виктор Алексеевич Турков | Способ изготовления дифракционной решетки |
| EP2808709A1 (en) * | 2012-03-30 | 2014-12-03 | Hitachi High-Technologies Corporation | Diffraction grating and production method thereof |
-
2016
- 2016-12-27 RU RU2016151985A patent/RU2642139C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000016134A1 (en) * | 1998-09-10 | 2000-03-23 | Cymer, Inc. | Diffraction grating and fabrication technique for same |
| US20030112515A1 (en) * | 2001-12-13 | 2003-06-19 | Masaaki Nakabayashi | Diffractive optical element and method for producing the same |
| US7175773B1 (en) * | 2004-06-14 | 2007-02-13 | Carl Zeiss Laser Optics Gmbh | Method for manufacturing a blazed grating, such a blazed grating and a spectrometer having such a blazed grating |
| RU2470333C1 (ru) * | 2011-09-09 | 2012-12-20 | Виктор Алексеевич Турков | Способ изготовления дифракционной решетки |
| EP2808709A1 (en) * | 2012-03-30 | 2014-12-03 | Hitachi High-Technologies Corporation | Diffraction grating and production method thereof |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021000222A1 (en) * | 2019-07-01 | 2021-01-07 | Schott Glass Technologies (Suzhou) Co. Ltd. | Diffractive optical element and method for manufacturing the same |
| US11846786B2 (en) | 2019-07-01 | 2023-12-19 | Schott Glass Technologies (Suzhou) Co. Ltd. | Diffractive optical element and method for manufacturing the same |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2022079548A (ja) | 合成ダイヤモンド光学素子 | |
| US8328371B2 (en) | Anti-reflection structure body, method of producing the same and method of producing optical member | |
| CN105068166B (zh) | 一种高线密度极紫外多层膜闪耀光栅的制备方法 | |
| JP2001272505A (ja) | 表面処理方法 | |
| DE102008042212A1 (de) | Reflektives optisches Element und Verfahren zu seiner Herstellung | |
| EP1857576B1 (de) | Verfahren zur Behandlung einer Halbleiterscheibe | |
| CN113039627A (zh) | 呈角度的光栅的形成 | |
| EP3043375B1 (en) | Reflective photomask and production method therefor | |
| RU2642139C1 (ru) | Способ изготовления дифракционных решеток | |
| JP6617300B2 (ja) | 半導体基板をランダムにテクスチャリングするための方法 | |
| JP6539813B2 (ja) | 光学素子の製造方法及び光学素子用成型型の製造方法 | |
| Barysheva et al. | The evolution of roughness of supersmooth surfaces by ion-beam etching | |
| JP6611113B1 (ja) | 表面に微細凹凸構造を備えたプラスチック素子の製造方法 | |
| US20080149858A1 (en) | Irradiation with high energy ions for surface structuring and treatment of surface proximal sections of optical elements | |
| RU2643220C1 (ru) | Способ изготовления дифракционных решеток | |
| DE102015204478B4 (de) | Verfahren zum Glätten einer Oberfläche und optisches Element | |
| Galyautdinov et al. | Formation of a periodic diffractive structure based on poly (methyl methacrylate) with ion-implanted silver nanoparticles | |
| CN110400748B (zh) | 利用特定波长的光源使物体表面平坦化的方法以及装置 | |
| Schulze et al. | New approach for antireflective fused silica surfaces by statistical nanostructures | |
| Voronov et al. | Development of near atomically perfect diffraction gratings for EUV and soft x-rays with very high efficiency and resolving power | |
| RU2809769C1 (ru) | Способ изготовления дифракционной кремниевой решетки типа эшелле | |
| CN220064417U (zh) | 光栅结构、扩瞳结构、耦出结构、衍射光波导 | |
| RU2615020C1 (ru) | Способ изготовления дифракционной решетки | |
| KR102013787B1 (ko) | 가시광선 광원을 이용한 ito 박막의 표면 평탄화 방법 및 장치 | |
| Ghigo et al. | Ion beam figuring of nickel mandrels for x-ray replication optics |