[發明專利]衍射器件、分光裝置和衍射器件的制造方法

在審

• 申請號: 202010718667.0
• 申請日: 2020-07-23
• 公開（公告）號: CN112285815A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 助川隆
• 申請（專利權）人: 佳能株式會社
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18;G02B27/10
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 楊小明

本發明涉及衍射器件、分光裝置和衍射器件的制造方法。衍射器件包括ZnS構件和耦合到ZnS構件的ZnSe構件，并且，衍射光柵被設置在ZnSe構件上。

技術領域

本發明涉及衍射器件、分光裝置和衍射器件的制造方法。

背景技術

相位衍射光柵是這樣一種衍射光柵，即，各光柵槽的形狀形成為鋸齒形(閃耀(blazed)形)、正弦波形或矩形波形等，以在光柵的一個周期內為入射光提供相位差，使得可以根據應用選擇衍射光強度特性。閃耀衍射光柵是包括分別具有三角形截面的光柵槽的相位衍射光柵。借助于用于轉印(transfer)工具形狀的刻劃(ruling)、通過定向束的刻蝕、使用研磨石的研磨或使用金剛石刀(diamond bite)的切削，形成分別具有預定截面形狀的光柵槽，來制造閃耀衍射光柵。

在許多情況下，由晶體材料制成并通過切削制造的閃耀衍射光柵是被設計為使用高階衍射光的衍射光柵。因此，為了獲得良好的光學性能，需要執行機械加工從而以延性模式形成光柵槽。在延性模式與脆性模式之間的邊界處存在臨界切削厚度。臨界切削厚度取決于晶體滑動面的晶體取向與加工面之間的關系、晶軸與切削方向之間的關系以及晶軸與切削力方向之間的關系(取決于工具前角(tool rake angle)和切削方向)。例如，日本專利公開No.2003-075622描述了通過在使用單晶金剛石刀的同時對由Si或Ge制成的晶體材料執行超精密切削來形成光柵槽。

當通過使用金剛石工具的機械加工制造由半導體材料制成的衍射光柵(諸如閃耀衍射光柵)時，材料特有的脆性模式加工面趨于在加工中占主導地位。為了獲得衍射光柵所需的形狀精度、尺寸精度和表面粗糙度，必須在延性模式的加工條件下實現加工。此外，衍射光柵的結構體具有根據所使用的波長的尺寸。可用于某個應用中的衍射光柵具有非常長的光柵長度，這導致需要加工的距離非常長。這導致工具磨損，并使得難以獲得希望形狀的衍射光柵。由于難以獲得大的單晶，因此，大的ZnS和ZnSe材料中的每一個一般具有多晶結構體。多晶結構體是精細的單晶結構體的集合，因此在多晶結構體中無法與單晶中一樣定義獨特的晶體取向關系，但在適當的條件下仍存在臨界切削厚度。

已知存在整形方法，在該整形方法中，具有與衍射光柵的槽面的分散方向(與槽延伸方向正交的方向)上的截面形狀相同的截面形狀的金剛石刀在與分散方向正交的方向(槽延伸方向)上平移，以將其形狀轉印到材料。在整形方法中，當在衍射光柵中形成分別具有約200nm～200μm的深度的槽時，為了獲得良好的光學表面，需要設定等于或小于臨界切削厚度的最大切削厚度，并重復加工幾十到幾百次。因此，需要切削的總距離不僅僅是光柵的總長度，而是光柵長度的幾十到幾百倍。因此，可以說，通過使用導致不可忽略的工具磨損的材料獲得實用的衍射器件是極其困難的。在旋轉金剛石工具以執行加工的飛切方法中，通過根據旋轉速度調整槽方向上的行進速度，設定等于或小于臨界切削厚度的最大切削厚度。因此，金剛石工具的尖端部分被迫與材料有許多接觸，這也導致磨損問題。

在更換磨損工具的同時繼續材料的加工是常見的方法。然而，為了獲得優異的衍射效率，必須具有使得衍射光柵的間距或形狀為幾納米到幾微米的精度。因此，在加工過程中更換和調整工具，存在許多困難且需要長的時間。

在加工ZnS(硫化鋅)時，金剛石工具磨損嚴重。因此，即使使用臨界切削厚度作為參數，也不能避免由工具磨損導致的形狀誤差和缺陷，并且也不能避免由加工引起的衍射光柵的光學性能的劣化。另一方面，在加工ZnSe(硒化鋅)時，金剛石工具的磨損小，使得可以在使用臨界切削厚度作為參數的同時加工具有穩定的光學性能的衍射光柵。

另一方面，從光學特性的觀點看，ZnS即使在近紅外區域(750nm)附近也具有高透射率，但ZnSe在近紅外區域附近具有大的光吸收。在由ZnSe形成的衍射光柵中，厚度大于10mm的器件難以實現高效率。

發明內容

本發明提供有利于促進衍射光柵制造的技術。