[發明專利]平面雙閃耀光柵的制作方法

有效

• 申請號: 201310561094.5
• 申請日: 2013-11-13
• 公開（公告）號: CN103543485A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 蘇仰慶;黃元申;黃運柏;丁衛濤;李柏承;張大偉;韓姍;徐邦聯
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根;王晶

技術領域

本發明涉及一種衍射光學元件的制作方法，具體涉及平面雙閃耀光柵的刻劃制作方法。

背景技術

衍射光柵是一種應用極其廣泛并且非常重要的高分辨率的色散光學元件，廣泛地應用于單色儀、光譜分析、光通信技術和光計量技術等科學領域。在光譜儀器中，光柵是光譜分析中精度要求極高的核心元件，自從光柵研制成功且大量應用后，衍射光柵幾乎代替了以前的棱鏡而作為新一代的光譜儀器的色散元件，光柵的精度及其衍射波長等因素對天文、航天、醫藥、地質等科學技術領域有著深刻的影響。

一般的衍射光柵只有一個衍射角，眾所周知，入射光的大部分光波能量都集中在零級方向上，卻無法把各種波長分開，而在具有色散功能的較高級次上的光強又很微弱。在實際應用中，都需要根據不同的應用將盡可能多的入射光能量集中在某一特定的衍射級次上。因此就需要根據光柵的不同應用條件，計算出光柵的衍射角度，確定其槽型，使得光柵衍射的主極大方向與整個光柵理論計算的衍射級次方向一致，將衍射光能量從零級方向轉移到所設計的特定級次上。從這個特定級次上探測到的光譜強度最大，這種現象就是閃耀，這種光柵稱作閃耀光柵。另一方面，隨著科學技術的發展，為了適應光譜儀器向微型化、集成化的方向發展，對雙閃耀光柵的研究也越來越多，因為雙閃耀光柵可以在較寬的波段上（例如從紫外到可見波段）都獲得較高的衍射效率，減少同一光譜儀器的光柵使用數量，簡化光譜儀的結構，具有比較廣闊的市場前景。

目前，雙閃耀光柵的主要制作方法是在一把刻刀上研磨兩個不同角度的刀刃，這在磨刀技術上存在著較大的困難；另一方法是在中途更換刻刀，但這樣更換刻刀會因為產生振動和刻刀位置銜接不合適而導致刻線的連接誤差，無法保證光柵的衍射波前，降低了光柵的衍射效率；還有另外一種方法就是利用全息方法制作雙閃耀光柵，中國發明專利“一種全息雙閃耀光柵的制作方法”，專利號：201110318711，該方法便于實現，但是這種全息制作方法蝕刻的刻槽形狀難以控制，槽面比較粗糙，衍射效率比較低，有時難以滿足光譜儀的運用要求。

發明內容

為了克服以上所述的現有技術的缺陷，本發明提供一種平面雙閃耀光柵的制作方法，改進了從A閃耀區到B閃耀區精密過渡時的刻刀更換方法，在更換過程中設計了高精度的圓盤旋轉結構，一次性地刻劃出雙閃耀光柵，精確地實現雙閃耀角的控制，提高光柵的衍射效率。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種平面雙閃耀光柵的機械刻劃制作方法，包括A閃耀區和B閃耀區光柵的刻劃，具體步驟是：

（1）A閃耀區光柵的刻劃

a、在清潔除塵后的平面玻璃基底上先后鍍上一層鉻膜和一層鋁膜；

b、刻劃機構的旋轉圓盤的豎直方向的刀橋上安裝兩把刻刀，每把刻刀研磨的刀刃角度均與設計所需的刀刃角度一致；

c、將平面玻璃基底放置在以絲杠為牽引機構的橫向分度工作平臺上，啟動電機進行預刻劃，用電子顯微鏡觀察預刻劃的槽型，根據槽型調節刻刀的刀角傾度和后角高度獲得所需槽型，然后固定好基底，并在其表面滴上硅油；

d、工作平臺帶動光柵基底作進給量為一個光柵常數d的橫向分度運動，刀橋帶動第一刻刀1往復作豎直方向上的刻劃運動，如此周而復始，完成A閃耀區光柵的刻劃；

（2）B閃耀區光柵的刻劃

a、A閃耀區光柵的刻劃完成后，停止電機，旋轉裝有兩把刻刀的旋轉圓盤，把第二刻刀2旋轉到第二刻刀1的位置，并固定好；

b、啟動電機，工作平臺繼續帶動光柵基底作進給量為一個光柵常數d的橫向分度運動，刀橋帶動第二刻刀2往復作豎直方向上的刻劃運動，直到完成B閃耀區光柵的刻劃；

（3）完成A閃耀區和B閃耀區光柵的刻劃后取出光柵清洗殘余的硅油，制得雙閃耀光柵。

在A閃耀區光柵的刻劃的步驟a中，所述平面玻璃基底尺寸為100mm×50mm，鉻膜厚度為100nm，鋁膜厚度為1um。

上述步驟中在所用的旋轉圓盤上制作兩個在同一直線上的刀架，并在沿著刀架中垂線方向的旋轉圓盤邊緣各制作一個旋轉時精密固定刻刀的位置的卡口。

上述步驟中，從平面玻璃基底的A閃耀區到B閃耀區的刻劃動作是連續刻劃的。

工作平臺的橫向分度運動通過光柵尺對絲桿的精密細分實現，刻劃機構的豎向運動通過伺服電機帶動連接刀橋的傳動皮帶引導刻刀實現刻劃動作。

安裝在刻劃機構的旋轉圓盤上的刻刀，其垂直距離大于50mm。