[發(fā)明專利]一種制作米量級(jí)光柵的系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810312061.X
• 申請(qǐng)日: 2018-04-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108318954B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-12-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄒文龍;李朝明;吳建宏;陳新榮;蔡志堅(jiān);劉全;周建康
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B5/18
• 分類號(hào): G02B5/18
• 代理公司: 32260 無(wú)錫市匯誠(chéng)永信專利代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 張歡勇

本發(fā)明屬于信息光學(xué)領(lǐng)域，涉及一種寬光束掃描曝光系統(tǒng)與方法，為解決制作米級(jí)光柵曝光時(shí)間過(guò)長(zhǎng)引起的時(shí)效性差以及環(huán)境不確定性導(dǎo)致掃描條紋對(duì)比度下降問(wèn)題，采用干涉條紋掃描技術(shù)無(wú)縫連續(xù)拼接光柵；在掃描曝光過(guò)程中，運(yùn)用多維條紋鎖定技術(shù)，始終以掃描曝光過(guò)的潛像光柵的潛像條紋作為鎖定條紋，直至掃描曝光結(jié)束；在移動(dòng)曝光中實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)閉環(huán)的鎖定第一曝光光束與第二曝光光束的相位差，條紋周期、以及第一曝光光束與第二曝光光束夾角，從而在一個(gè)掃描周期即可獲得高質(zhì)量的且受環(huán)境因素影響小的無(wú)縫拼接米級(jí)光柵；光束整形壓縮柱面系統(tǒng)的使用有效增加了光束的利用率，同時(shí)保證光束的波面質(zhì)量，大大縮短了米量級(jí)光柵的制備時(shí)間。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于信息光學(xué)領(lǐng)域，涉及一種寬光束掃描曝光方法，特別是關(guān)于一種制備米量級(jí)光柵的掃描曝光方法。

背景技術(shù)

光柵是一種重要的衍射光學(xué)元件，廣泛應(yīng)用于各種光譜儀，精密計(jì)量(光柵尺)，光通信，天文和強(qiáng)激光系統(tǒng)等高端科技領(lǐng)域。目前米量級(jí)光柵制備的主要方法：?jiǎn)未纹毓夥ā⒆庸鈻牌毓馄唇臃ê蛼呙杵毓夥āＤ壳斑@三種方法均采用單縱模激光器(高質(zhì)量的高斯光斑)作為記錄光源，激光器的功率為1W左右，限制了記錄光的光強(qiáng)。制作米量級(jí)光柵時(shí)需要大口徑的光束，此時(shí)單位面積上的光通量十分微弱，需要較長(zhǎng)的曝光時(shí)間，在曝光過(guò)程中條紋的鎖定起到關(guān)鍵作用。

美國(guó)尼弗莫爾實(shí)驗(yàn)室采用單次曝光法制作米量級(jí)光柵，該實(shí)驗(yàn)室的準(zhǔn)直透鏡的口徑達(dá)到1.09m，目前制作出面積為910mmx450mm的脈沖壓縮光柵。單次曝光法的優(yōu)點(diǎn)：光路簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，工藝可靠；它的缺點(diǎn)：光柵的質(zhì)量取決于曝光系統(tǒng)的光學(xué)質(zhì)量，更是需要口徑達(dá)到米量級(jí)的非球面準(zhǔn)直透鏡，目前我國(guó)沒(méi)有能力生產(chǎn)高質(zhì)量的透射石英材料，另外米量級(jí)的非球面透鏡加工技術(shù)也不具備。

子光柵曝光拼接法是在米量級(jí)光刻膠光柵基板上通過(guò)多次曝光，將多塊子光柵等同于一塊整光柵。清華大學(xué)提出了用潛像法曝光拼接技術(shù)，制作了面積為100mmx200mm的光柵，蘇州大學(xué)提出了用逐區(qū)顯影曝光拼接技術(shù)，制作了面積為1025mmx350mm的脈沖壓縮光柵。子光柵曝光拼接法光學(xué)系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，條紋鎖定采用自參考，拼接精度高，明顯的缺點(diǎn)是兩個(gè)子光柵中間有拼縫，拼縫處有相位的躍變，影響遠(yuǎn)場(chǎng)光斑質(zhì)量。

掃描曝光法是利用高質(zhì)量的細(xì)光束在光刻膠光柵基板上曝光，通過(guò)移動(dòng)光刻膠光柵基板，曝完整個(gè)基板。在整個(gè)掃描過(guò)程中，光柵的周期、柵線的方向、光柵的相位要保持一致。美國(guó)的PGL公司采用掃描曝光法制備出面積為910mmx420mm的光柵。該方法的光學(xué)系統(tǒng)十分復(fù)雜，條紋鎖定采用外光路干涉控制技術(shù)，嚴(yán)重依賴實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，因此對(duì)環(huán)境提出了十分苛刻的要求。清華大學(xué)采用寬光束掃描曝光法，利用10mm-30mm的寬條光束掃描，制作出面積為100mmx200mm的光柵，該方法光學(xué)系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，條紋鎖定采用莫爾條紋技術(shù)，但是當(dāng)掃描光束寬度增加后，必然會(huì)引入像差，導(dǎo)致整個(gè)光柵掃描失敗。用該方法制備米量級(jí)光柵時(shí)，需要大口徑的擴(kuò)束透鏡，光束的面積增大到原來(lái)的9倍，單位面積上激光能量降為九分之一。為了保證光刻膠的曝光當(dāng)量一致，可以增加光強(qiáng)和延長(zhǎng)曝光時(shí)間兩種方案，鑒于目前單縱模相干長(zhǎng)度長(zhǎng)的激光器的光功率只有1W～2W的水平，無(wú)法提升光強(qiáng)，只能大大增加曝光時(shí)間，這樣制備米量級(jí)光柵需要的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)十天之久。為了解決制備米量級(jí)光柵的時(shí)效性問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種快速制備米量級(jí)光柵的新方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：解決現(xiàn)有技術(shù)制作米級(jí)光柵曝光時(shí)間過(guò)長(zhǎng)引起的時(shí)效性差以及環(huán)境不確定性導(dǎo)致掃描條紋對(duì)比度下降，導(dǎo)致整個(gè)掃描曝光失敗。為實(shí)現(xiàn)以上技術(shù)目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種制作米量級(jí)光柵的系統(tǒng)，包括激光器、分束棱鏡、第一光束轉(zhuǎn)折系統(tǒng)、第二光束轉(zhuǎn)折系統(tǒng)、第一聲光調(diào)制器、第二聲光調(diào)制器、安裝在三維壓電陶瓷平移臺(tái)上的第一空間濾波器、第二空間濾波器、第一非球面準(zhǔn)直透鏡、第二非球面準(zhǔn)直透鏡、第一光束整形壓縮柱面系統(tǒng)、第二光束整形壓縮柱面系統(tǒng)、第一光閘、第二光閘、楔形衰減板、平行衰減板、第一光電探測(cè)器、光刻膠光柵基板、光刻膠邊參考光柵基板、可移動(dòng)曝光平臺(tái)、自準(zhǔn)直角度檢測(cè)組元；