计量光栅制造综述

计量光栅作为一种重要的传感器件,广泛应用于工业生产的诸多领域。系统介绍了计量光栅的种类,重点介绍了国内外光栅制造的主要方法、光栅复制工艺以及衡量光栅质量的基本指标和检测方法。     

一种可控曲面光栅的研制

提出了一种制作曲面变间距光栅的方法。首先在平面基片上制作光栅,然后通过一种高分子材料(PDMS)作为载体将光栅转移到曲面上,而事先涂在曲面上的混合溶胶-凝胶取代了传统的光刻胶,使得光栅的制作效率大大提高。采用这种方法在曲率半径为100 mm的凹球面基底上制作了平均线密度为80 l/mm的光栅,并用环境扫描电镜以及数字图像处理法检测了光栅的线密度分布。检测结果表明:光栅质量好,条纹清楚,衍射效率也没有降低。所制曲面光栅具有平面光栅和透镜两种光学器件的功能,可用曲面变间距光栅一种光学元件取代透镜和平面光栅两种光学元件,简化了光路,提高了制作效率,降低了成本。     

热压增大光刻胶光栅占宽比的方法及其应用

全息光刻-单晶硅各向异性湿法刻蚀是制作大高宽比硅光栅的一种重要方法,而如何增大光刻胶光栅的占宽比,以提高制作工艺宽容度和光栅质量是急需解决的问题。本文提出了一种热压增大光刻胶光栅占宽比的方法,该方法通过加热加压直接将光刻胶光栅线条展宽。论文详细阐述了其工艺过程,探究了占宽比增加值随施压载荷、温度的变化规律,讨论了施压垫片对光刻胶光栅质量的影响。应用此方法制作了周期为500 nm的硅光栅,光栅线条的高宽比达到了12.6,氮化硅光栅掩模的占宽比高达0.72。热压增大光刻胶光栅占宽比的方法工艺简单、可靠,无需昂贵设备、成本低,能够有效增大占宽比,且获得的光栅掩模质量高、均匀性好,满足制作高质量大高宽比硅光栅的要求。     

宽波段全息-离子束刻蚀光栅的设计及工艺

设计和制作了一种在同一基底上具有多闪耀角的宽波段全息-离子束刻蚀光栅。提出了组合形成宽波段全息-离子束刻蚀光栅的分区设计方法,优化了3种闪耀角混合的宽波段全息光栅设计参数,并利用反应离子束刻蚀装置对该光刻胶掩模进行刻蚀图形转移,采用分段、分步离子束刻蚀技术开展了获得不同闪耀角的离子束刻蚀实验。最后在同一光栅基底上分区制作了位相相同,并具有9,18,29°3个不同闪耀角,口径为60mm×60mm,使用波段为200~900nm的宽波段全息光栅。衍射效率测试结果显示其在使用波段的最低衍射效率超过30%,最高衍射效率超过50%,实验结果与理论计算结果基本符合。与其它方式制作的宽波段光栅相比,采用宽波段全息-离子束刻蚀光栅不但工艺成熟,易于控制光栅槽形,而且光栅有效面积尺寸较大,便于批量复制。     

雷尼绍全新微型增量式光栅

<正>全球计量专家雷尼绍于2014年3月推出一款全新ATOM增量式光栅系统,包括直线光栅和圆光栅两种。这款非接触式光栅系统采用独特的创新设计,将微型化与优异的抗污能力、信号的稳定性和可靠性完美结合。ATOM是世界上第一款采用.光学滤波系统及自动增益控制(AGC)和自动偏置控制(AOC)的微型光栅,最小尺寸可达6.7mm×12.7mm×20.5mm,。雷尼绍TONiC增量式光栅系列就采用了这种先     

高精度圆光栅复制的稳产高产

稳产高产复制高精度圆光栅是满足国内日趋扩大的需求量的唯一途径。本文就如何稳产高产复制高精度圆光栅的主要工艺因素作了详细分析,并提出了达到上述指标的方法。     

基于柔性纳米压印工艺制备中红外双层金属纳米光栅

用纳米压印工艺制备红外金属光栅时,硬模板压印极易造成光栅结构缺陷致使光栅性能下降。本文采用柔性纳米压印工艺作为替代方法制备了适合在3-5μm波段工作,高度为100nm,上下金属层厚为40nm的双层金属纳米光栅,其光栅结构参数为:周期200nm,线宽100nm,深宽比1∶1。该方法采用热纳米压印工艺将母模板光栅结构复制到IPS(Intermediate Ploymer Sheet)材料上,制作出压印所需软模板;随后通过紫外纳米压印工艺将IPS软模板压印到STU-7压印胶,得到结构完整均匀的介质光栅;最后在介质光栅上垂直热蒸镀金属铝,完成中红外双层金属纳米光栅的制备。对所制备光栅进行了测试,结果表明,所制备光栅在2.5~5μm波段的TM偏振透射率超过70%,在2.7~5μm波段的消光比超过30dB,在2.72~3.93μm波段的消光比超过35dB,显示了优异的消光比特性和偏振特性。该研究结果在红外偏振探测、红外偏振传感等方面具有潜在应用。     

在金属基底上制作高深宽比金属微光栅的方法

根据光学领域对高深宽比金属微器件的需求,利用UV-LIGA工艺在金属基底上制作了具有高深宽比的金属微光栅。采用分层曝光、一次显影的方法制作了微电铸用SU-8胶厚胶胶模,解决了高深宽比厚胶胶模制作困难的问题。由于电铸时间长易导致铸层缺陷,故采取分次电铸等措施得到了电铸光栅结构;同时通过线宽补偿的方法解决了溶胀引起的线宽变小问题。在去胶工序中,采用"超声-浸泡-超声"循环往复的方法。最终,制作了周期为130μm、凸台长宽高为900μm×65μm×243μm的金属微光栅,其深宽比达到5,尺寸相对误差小于1%,表面粗糙度小于6.17nm。本文提出的工艺方法克服了现有方法制作金属微光栅时高度有限、基底易碎等局限性,为在金属基底上制作高深宽比金属微光栅提供了一种可行的工艺参考方案。     

大面积码盘、光栅盘虫胶复制镀铬技术

虫胶复制镀铬工艺,在国内光学冷加工方面得到广泛应用,特别在小面积分划板及各种光学度盘的复制上,国内各兄弟单位积累了宝贵经验。我所应用于大面积码盘和光栅盘的复制时,碰到了脱膜严重、胶点、脏点很多、针孔密布、脱胶不彻底等问题。本文详细地叙述了码盘、圆光栅盘虫胶复制镀铬的基本原理、工艺、配方、优缺点、经验体会以及目前我们达到的水平。如:复制后度盘精度最高达±0.4秒,复制后圆光栅盘精度最高达±0.3秒,复制后码盘精度最高达±0.2秒,接近母板精度。     

微机电可调硅基三族氮化物光栅

将静电梳齿微驱动器与三族氮化物光栅集成,获得了利用静电梳齿微驱动器调节光栅周期的硅基三族氮化物光栅。首先,以硅基三族氮化物基片为基础,设计了微机电可调光栅,光栅的设计周期为1.1μm,设计线宽为0.8μm。然后,利用严格耦合波分析法研究了横向磁场模式下可调光栅的光学响应特性;研究显示改变光栅周期和占空比,光栅的谐振波峰出现了明显偏移。最后,介绍了结合电子束光刻、三族氮化物干法刻蚀和深硅刻蚀技术制备微机电可调三族氮化物光栅的方法。严格耦合波分析和实验表明:制备的微机电可调三族氮化物光栅具有良好的质量;在静电驱动器上施加电压,可将光栅的谐振波峰由1.345μm调节至1.40μm,满足了利用微机电技术调节三族氮化物光栅光学响应特性的要求。     

CMOS光栅图像纳米细分技术研究

光栅技术已在长度测量、角度测量、位置测量、自动检测、自动控制等诸多领域广泛应用。采用长光栅作为检测元件,但对光栅的细分不用常用的电子学细分,而是采用CMOS显微成像系统读取长光栅,并随之对光栅图形进行细分。系统由光源、光阑和聚光镜、标尺光栅、显微物镜及CMOS电子目镜组成,光栅图像进入PC机,采用软件进行细分。试验获得的光栅图形清晰,从而为利用数字图像处理技术进行细分提供可靠依据,实验研究的细分分辨力为80nm。     

一种二维光栅干涉仪的研究

本文描述了一种以二维正交反射光栅为计量基准元件,以透射光栅为分光元件的二维光栅干涉仪,从研究光栅表面的光扰动出发,分析了这种干涉仪的原理及所用光栅间的匹配关系,通过实验分析了干涉仪的调整方法及主要误差,实验结果表明：这种新型二维光栅 的精密线值计量方面有着良好的应用前景。     

宽波段金属光栅设计中闪耀波长对光栅异常的补偿效应

给出适用性强、工艺上易于实现的单闪耀面宽波段金属光栅设计新方法。基于Rayleigh异常和共振异常两种不同的光栅异常机理,分别讨论了它们出现的条件,在光栅电磁场理论的基础上,数值分析了TE波、TM波闪耀波长的分布规律,发现了闪耀波长与光栅异常、光栅光谱范围的关系,提出了用TM波第一闪耀波长补偿Rayleigh异常或共振异常实现制作宽波段金属光栅的设计思想。同时,指出了TM波第一闪耀波长对Rayleigh异常的补偿效应,只是它对共振异常的补偿效应的极限情况。给出了将补偿效应应用于紫外可见分光光度计、近红外分光光度计和红外分光光度计用不同刻线密度宽波段金属光栅的设计实例。补偿效应法无论在理论设计上还是在工艺实现上都要优于传统的宽波段金属光栅设计方法,它可以使得用于各个波段上的宽波段金属光栅衍射效率都在40%以上。     

光纤光栅传感智能结构的技术难点及研究

光纤光栅作为传感领域的一种新型元器件,已经在各领域得到了广泛的应用。随着对光纤光栅传感的深入研究,如何解决应用中的关键技术问题已成为国内外研究的重点。介绍了光纤光栅传感智能结构的发展背景及优点,提出了光纤光栅传感器在实际应用中所面临的主要技术难题,分析现有的解决方案,指出了这些方案中存在的不足和有待解决的问题,最后讨论了光纤光栅传感技术的发展前景。     

基于凹面光栅的可调高分辨率单色仪结构设计及波长重复性分析

凹面光栅兼具成像和色散的能力,采用凹面光栅分光的单色仪能够很好实现小型化设计和应用到低于200 nm的真空紫外波段。光谱分辨率和波长重复性是单色仪的重要指标,针对单色仪的光谱分辨率,本文将光栅固有分辨率和由狭缝引起的增宽相结合推导出单色仪的光谱分辨率计算模型,利用自研微动狭缝进行实验验证,单色仪分辨率符合理论模型,极限分辨率优于0.1 nm;针对单色仪的波长重复性,在单色仪光机结构参数转换的基础上对波长重复性影响因素进行分析,推导出单色仪的波长重复性计算模型,利用汞灯作为光源进行波长重复性验证其波长重复性优于0.02 nm符合理论计算模型,验证了光机结构设计的有效性和理论分析的正确性。     

紫外全息闪耀光栅的制作

通过理论计算研究了影响闪耀光栅衍射效率的因素,并利用离子束刻蚀模拟程序模拟刻蚀闪耀光栅来确定闪耀光栅的制作参数。以理论计算的闪耀光栅参数为依据,以刻蚀模拟程序为指导,基于全息-离子束刻蚀工艺制作了闪耀波长分别为250nm和330nm,光栅尺寸分别为85mm×85mm,60mm×60mm,线密度均为1200lp/mm的闪耀光栅。第一种光栅闪耀角为8.54°,非闪耀角为72°,其250nm波长自准直入射时的-1级衍射光衍射效率约为81%;第二种光栅闪耀角为11.68°,非闪耀角为74°,330nm波长自准直入射时的-1级衍射光衍射效率约为80%。实验结果表明,提出的方法可以在制作闪耀光栅的过程中实现对闪耀角的精确控制,获得的实验结果与理论计算结果符合较好。利用该方法能够在大尺寸基底上获得衍射效率75%的紫外闪耀光栅。     

制作平面全息光栅的离轴抛物镜/洛埃镜干涉系统

设计和制作具有较高波前平面度和结构稳定的干涉曝光系统是研制高质量平面全息光栅的首要条件.对离轴抛物镜/洛埃镜系统、单透镜/洛埃镜系统、球面反射镜/洛埃镜系统和双分离透镜/洛埃镜系统等4种单反射镜干涉曝光系统产生的干涉条纹直线度进行了光线追迹.在干涉场中放置标准光栅,使用于曝光的两束平行光入射到光栅上,从而衍射光相干叠加...     

用于应力测量的可调谐光栅

为了更简单地制备出可用于应力测量的光栅褶皱结构,采用基于刚性薄膜/柔性衬底的自组装工艺制备了可调谐光栅。首先在聚乙烯对苯二酸脂(PET)薄膜上旋涂一层聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜,将双层薄膜弯曲并用氧气等离子体处理,在其表面生成一层刚性氧化层,借助柔性PET对刚性层施加均匀应力,当应力超过临界值时,在PDMS基底上自组装形成光栅褶皱结构。然后根据光栅分光原理,将这种可调谐的光栅结构应用于应力测试。实验结果表明:当光栅的曲率半径为1.4mm时,制备的可调谐光栅褶皱在0%~10%的应变范围得到的波长变化为452~507nm;当光栅的曲率半径为5.6mm时,制备的可调谐光栅褶皱在0%~15%的应变范围得到的波长变化为498~572nm。本文提出的可调谐光栅制备方法是一种成本低、工艺简单、可批量化生产的工艺方法,也是一种制备变间距光栅的潜在方法,未来有望应用于光谱仪、光通讯等领域。     

计量圆光栅超微粒乳剂的涂布工艺

本文讨论了计量圆光栅超微粒乳剂涂布的工艺问题。在大量实验的基础上,提出了一种有效的计量圆光栅超微粒乳剂涂布方法:“动态旋转定量涂布法”,并取得了理想的实用效果。为获得大直径、高精度、高分辨率的计量圆光栅的母板,提供了一条新的途径。该方法同样适用于其它各种圆形光学元件的涂布。     

对变线距光栅干涉测量中的环形条纹的分析

变线距光栅能够自动聚焦和消像差,在同步辐射装置、激光核聚变装置上有着广阔的应用前景,本文用干涉法测量变线距光栅的密度,设计并给出了实验中的光路,发现了环形的干涉条纹和变化规律,分析了这些现象产生的原因,产生明显的环形条纹的必要条件首先是变线距光栅的线密度单调变化的,连续增加或连续减小,其次要光栅的刻线是弯的,第三虚栅的密度接近待测光栅的整数倍,由于元件位置偏差,检测用的平面波会变成球面波,也会产生环形的干涉条纹,但是这种效应可以忽略.预言了类似双曲线的干涉条纹.通过对条纹运动规律的分析,可以在初步测量中定性分析光栅密度的变化趋势,从而为进一步测量做准备.