[發(fā)明專利]以時間基準為參照的精密光柵制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210371250.7
• 申請日: 2012-09-28
• 公開（公告）號: CN102866444A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設計）人: 劉紅忠;蔣維濤;楊俊;丁玉成;盧秉恒
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 汪人和

技術領域

本發(fā)明屬于微納制造技術領域，特別涉及一種以時間基準為參照的精密光柵高精度制造方法。該方法主要用于精密光柵的制造，包括圓光柵、長光柵、面光柵等。

背景技術

精密光柵是當今精密加工裝備、精密測量、光學調制等的關鍵部件之一，廣泛應用于能源、精密制造、航天探測、超精密光學工程等領域。目前，精密光柵的周期一般為500nm~10μm，槽型結構根據(jù)不同應用場合主要為矩形、正弦形、鋸齒形、梯形等。隨著超精密制造及超精密光學工程的進一步發(fā)展，對精密光柵制造的精度要求越來越高，光柵周期可延伸至10nm，光柵結構的表面光潔度要求可達亞納米級，這對現(xiàn)有的光柵制造方法提出了嚴重挑戰(zhàn)。

目前，精密光柵制造方法主要有機械刻劃加工、激光干涉加工技術、光學光刻加工等方法。上述制造技術中光柵納米結構的成形都是基于長度為基準進行度量，并以此來控制加工過程中的各個參數(shù)，如加工時長、能量密度、加工速度等。這與傳統(tǒng)的宏觀機械加工在理念上是一致的。以長度為基準的微納加工手段，難以實現(xiàn)納米級、亞納米級精度的制造。

1983年10月在巴黎召開的第十七屆國際計量大會上通過了長度標準單位-米的新定義：“米是1/299792458秒的時間間隔內光在真空中行程的長度。”實際上，米是被定義為光在以鉑原子鐘測量的0.000000003335640952秒內走過的距離。米的定義意味著計量意義上長度單位(米)是可以從時間單位(秒)導出，實現(xiàn)更高的精度等級。現(xiàn)行時間單位(秒)的計量精度等級已經達到10^-17，而長度單位(米)的計量精度等級比其低兩個數(shù)量級為10^-15。

綜上所述，以長度為加工的計量基準相較以時間為加工的計量基準將相差兩個精度數(shù)量級，尤其在納米制造中這將顯現(xiàn)明顯的劣勢，并將限制納米制造的加工精度等級的提高。本發(fā)明擬提供一種以時間作為加工基準，實現(xiàn)納米級精度的精密光柵加工方法。

發(fā)明內容

針對上述現(xiàn)有精密光柵加工技術存在的缺陷和不足，本發(fā)明的目的在于，提出一種以時間基準為參照的精密光柵高精度制造方法。該方法以時間為加工基準，將光柵制造過程的加工控制量時間化，避免了傳統(tǒng)的以長度為加工基準，從而從度量基準上提高了精密光柵制造的加工精度。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下技術解決方案：

以時間基準為參照的精密光柵制造方法，包括如下步驟：

1)清洗待加工工件；

2)時間映射長度的轉換：根據(jù)待加工工件的結構參數(shù)、工件的材料，對工件進行加

工的高能束的脈寬、能量密度以及工件的進給速度，進行以時間為基準映射長度

基準的轉換，得到以時間為基準的納米加工控制量：溝槽處連續(xù)加工脈沖數(shù)N₁和

高能束循環(huán)加工次數(shù)N₂；

3)根據(jù)脈沖數(shù)N₁控制時鐘開關的打開、根據(jù)高能束循環(huán)加工次數(shù)N₂達到所需納米

結構的槽深，進行精密光柵的制造。

優(yōu)選地，所述步驟2)中溝槽處連續(xù)加工脈沖數(shù)N₁和高能束循環(huán)加工次數(shù)N₂的計算方法如下：首先，計算單個溝槽處脈沖連續(xù)加工時間t₁：溝槽處連續(xù)加工脈沖數(shù)N₁：

然后，計算單個凸起處脈沖停止工作時間t₂：高能束循環(huán)加工次數(shù)N₂：其中，待加工工件的納米結構：L₁為槽寬，L₂為凸起寬度，H為槽深，ΔT為高能束脈寬，h為單次脈沖加工的深度；v為待加工工件的進給速度。

優(yōu)選地，通過調節(jié)高能束的脈寬ΔT、高能束束斑的工作能量密度和工件的進給速度v，調節(jié)光柵的加工精度。

優(yōu)選地，對于納米尺度為10nm~100nm的周期的光柵加工，所述高能束為電子束或離子束。

優(yōu)選地，對于亞微米至微米尺度為100nm~20μm周期的光柵加工，所述高能束為離子束或激光。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明以時間基準為參照，將傳統(tǒng)的以長度為基準的加工量轉換為時間控制量，通過計算高能束脈沖數(shù)把納米制造中的加工控制量時間化，利用不同類型的高能束實現(xiàn)納米級精密光柵制造中納米尺度要求以及亞納米級的精度化要求。時間基準的引入提高加工控制量的度量精度，高能束的引入實現(xiàn)了納米級精度要求。

附圖說明