平面衍射光栅刻划机

目前,绝大部分使用的平面衍射光栅,是在光栅刻划机刻出的光栅上复制出来的复制光栅.因此,由光栅刻划机刻出的光栅叫原刻光栅或母光栅.光栅刻划机是制造光栅的最主要设备.由于衍射光栅有精度要求高(一般在0.01微米数量级),刻划周期长(一般约五昼夜)的特点,光栅刻划机以及机器所处的条件必需与之相适应.我们已设计制造成功四台平面衍射光栅刻划机,机器所需恒温、隔振条件也已解决,现正着手设计第五台光栅刻划机,下面谈几点体会.     

国内衍射光栅刻划机概况

本文介绍了目前国内已制成的衍射光栅刻划机的概况,同时也介绍了它们所刻光栅的质量。国内刻机有机械型、光电型及间歇刻划、连续刻划方式。在正常刻划的刻机共有15台。所刻光栅最大面积到150×180mm²,刻线密度从50到2400线/mm。     

光电光栅刻划机讯号转换试验

使用衍射光栅控制光栅刻划机分度的方法早已成功^[1].此种刻机的刻程,受限于所用衍射光栅的长度.较长的衍射光栅是很难得到的,能否用较短的衍射光栅来控制刻机走较长的刻程呢?这是一个很吸引人的问题.我们设计了一种较简易的方法,做了“讯号转换”试验.成功地划出了当中经过讯号转换的光栅.     

国外衍射光栅动态

本文叙述国外衍射光栅的简史,光栅工业概况,光栅刻机的研究与改进,干涉控制机床情况,光栅刻划中的一些问题,光栅检定,全息光栅,平面衍射光栅的选择和国外部分光栅供应情况。     

光栅刻划刀架系统的运行精度对光栅光谱性能的影响

采用菲涅耳-基尔霍夫衍射理论建立了存在刻线弯曲和刻线位置误差的光栅衍射谱成像数学模型,分析了上述误差对光栅光谱性能的影响。针对刻划刀架系统运行不稳定问题,设计了一套光学测量结构,并提出了刻划刀架系统的机械改进方案:采用双侧柔性铰链式结构代替原有的鞍型滑块与刻划刀架的固定连接方式。最后,进行了刻划刀架系统运行稳定性测试和光栅刻划实验。刻划刀架运行稳定性测试实验表明:改进后的刻划刀架系统运行稳定性比改进前有显著改善,位移曲线重复性误差PV值由127nm降低到13nm,降低了约89%。光栅刻划实验表明,刻划刀架系统改进后,光栅光谱性能有明显的改善,光栅杂散光得到了有效抑制。得到的实验结果与仿真分析结果较为一致,为提高机械刻划光栅质量提供了理论及技术保障。     

平面衍射光栅的检验

本文指出了平面衍射光栅在制造过程中由于光栅刻槽的不平行、光栅刻槽的间距误差以及刻槽形状的不一致等各种疵病使光栅在光谱学的应用中所造成的不利后果。同时着重介绍了光栅的衍射波阵面象差、光栅的实际分辨率、罗兰鬼线的相对强度以及光栅的衍射效率的测量方法和检验仪器。     

衍射光栅刻划机的闭环控制系统

以S3C2440A为控制核心,设计了衍射光栅刻划机的高精度运动控制系统,实现了现场显示、实时控制等功能。用S3C2440A微控制器控制伺服电机和步进电机完成光栅刻划的分度运动和刻划运动,通过SiGNUMTM RELM直线光栅尺反馈和PD加前馈控制算法补偿由于惯性等原因造成的分度误差,并用MATLAB对使用PD加前馈控制算法的分度运动进行仿真。采用RON225增量式角度编码器反馈以补偿执行刻划运动的步进电机因失步造成的误差,通过分析和处理实验数据获得分度运动最佳速度和伺服电机在此分度运动速度下停止时的过冲距离。最后,对可能产生控制误差的原因进行了初步分析,并提出了需要进一步改进和完善之处。     

衍射光栅刻划机的高精度开环定位系统

本文介绍以８０３１单片机为核心研制成的衍射光栅刻划机的开环控制的高精度定位系统。系统中采用了光栅干涉仪、程控放大器、干涉条纹细分和马达分级调速等方法,本系统既具有闭环控制的高精度特点,又具有开环控制简单、易操作等优点。实用表明：该系统控制的刻划机的定位精度σ＝３．６ｎｍ,最大定位误差为１４．６ｎｍ。     

影响衍射光栅集光效率的几个因素

本文介绍影响衍射光栅集光效率的几个因素。我们做了关于钻石刀安装角、刀尖角的选取和刻划的调整等方面的工作,并相应地注意了钻石刀和刻槽的质量,刻制出了集光效率较好的衍射光栅。     

基于PLC的光栅刻划机控制系统研究

光栅刻划机作为衍射光栅最重要的制作手段,其控制系统对获得高精度光栅具有重要影响。设计并实现了以PLC为核心的光栅刻划机的控制系统,控制系统以伺服电机编码器的检测信号作为速度反馈,以光栅尺和读数头信号作为位置反馈,以温度传感器信号为温度反馈,可以极大地提高光栅刻划机的控制精度。控制系统主要包括PLC、伺服电机和伺服驱动器等硬件模块,完成PLC选型后对主要的接口电路进行了设计,并基于LabVIEW软件实现了光栅刻划机的远程监控系统,提高了光栅刻划机的效率。     

影响衍射光栅集光效率的几个因素

本文介绍影响衍射光栅集光效率的几个因素。我们做了关于钻石刀安装角、刀尖角的选取和刻划的调整等方面的工作,并相应地注意了钻石刀、镀膜和刻槽的质量,刻制出了集光效率较好的衍射光栅。     

刻划计量光栅累积误差的修正

光栅刻划机在精密调整后,并在20℃±0.02的严格恒温控制下,经过五十八小时工作,刻制了每毫米100槽线纹长20毫米全长500毫米的铬线长度计量光栅。由于刻划机本身的精度和温度误差的影响,光栅尺存在着累积误差。根据上海计量局激光光波比长仪的检定,得到了误差数据。我们按照误差数据所描绘的曲线修正刻划机械,使长度刻划计量光栅的精度大大提高。一、长度计量光栅累积误差的检定方法与误差产生的原因     

基于图像清晰度检测的光栅刻划平台调平装置

针对制备衍射光栅时刻划平台倾斜导致的光栅槽型误差,提出了一种基于图像清晰度检测与电动倾斜台调节的光栅刻划平台在线调平装置。建立了图像清晰度与光栅刻划平台倾角间关系的模型,应用该模型,控制光栅刻划平台在一定范围内实现了闭环动态调平。对上述理论研究进行了试验验证。试验结果表明,该调平装置简单可行;对于50mm×50mm的光栅毛胚,调平装置可控制刻划平台的水平倾角在4″以内,满足光栅刻划对平台定位精度的要求。该装置既可用于刻划前的调平准备,也可推广应用于光栅刻划过程中的实时检测。     

美国基特峰天文台的衍射光栅刻划机

美国基特峰国家天文台(Kitt Peak National ObserVatory)的衍射光栅刻划机是一台干涉控制连续刻划光栅刻划机,它是美国麻省理工学院(M. I. T)哈里逊教授(G. R. Harrison)的第三台机器,于1973年转到天文台.     

QGK405B型圆刻线机中获取基准讯号的设想

一、前言由于科学技术的发展,圆光栅作为精密测角元件也愈广泛。为了较快地得到高精度的圆光栅,人们采取措施,利用两片圆光栅形成的莫尔条纹作为圆分度的基准讯号,设计高精度和多功能的圆刻机,改进圆光栅的制造工艺。目前我国在高精度的圆光栅刻划上有刀刻和光刻两种方式。刀刻是一种间歇的刻划方     

网格光栅和电子显微镜倍率的测定

透射式电子显微镜(TEM)倍率的测量和标定是TEM的一项基本测试技术。传统的方法是用衍射光栅的刻槽间距作为基准尺寸进行测试。本文改进了以往用相衬显微术测定光栅样品间距的方法,而用普通的显微镜在掠射照明情况下测定了原刻光栅和TEM光栅复型的刻槽间距。发现了光栅常数的标称值和由干涉方法测定的刻槽间距平均值与复型样品的实测间距有较大的误差。测试结果表明,光栅刻槽间距的局部误差呈随机的高斯分布;不同方位的刻槽间距也有差异,而光栅复型样品制备时引入的变形是导致间距误差的主要因子。本文用高斯误差定律归纳了原刻光栅和光栅复型间距的大量实测数据,求得了光栅刻槽间距的最佳代表值及其或然误差,从而在一定置信水平上保证了TEM倍率测量的可靠性,其精度优于2%。不同间距的各种网格光栅(300,600,1200,2400Line/mm)已能提供实际测试。     

紫外平面刻划光栅杂散光数值分析及测试

杂散光是光栅的重要技术指标,它直接影响光栅的信噪比,紫外波段的杂散光对光谱分析尤为不利.为了考察平面刻划光栅用于光谱仪器时产生的杂散光,采用标量衍射理论数值分析了杂散光产生的原因.数值模拟结果表明,紫外平面刻划光栅刻槽周期随机误差以及刻槽深度随机误差是杂散光的主要来源,而光栅杂散光对光栅表面小尺度随机粗糙度并不敏感.提出了平面光栅光谱仪出射狭缝相对宽度的概念,数值分析了仪器出射狭缝高度及出射狭缝相对宽度与杂散光强度的关系,从而分别为在光栅制作工艺中从根源上降低光栅杂散光以及在光栅应用过程中从使用方法上降低光栅杂散光提供了理论依据.最后,为了与采用滤光片法测得的光栅杂散光实验值进行比较,给出了理论求解杂散光总强度的求和公式,并对4个不同波长的杂散光进行了多次测量.结果表明,当刻槽周期随机误差、刻槽深度随机误差和表面随机粗糙度分别取0.8 nm、 0.5 nm和1.2 nm时,理论值和实验值的相对误差可控制在13%左右.     

任意等分圆光栅的刻划

本文介绍了用简单的BASIC语言程序对任意等分圆光栅的分度进行计算,以及具体的调整刻制方法,从而在未任何附加装置的圆刻机上刻制出任意等分圆光栅,且保证了一定的刻划精度。此法简单、易行,而且同样适用于任意等分度盘的刻划。文末附有BASIC程序。此外,还简单介绍了微机控制圆刻机进行任意等分刻划的原理。     

建所以来衍射光栅工作介绍

引言长春光机所衍射光栅的研究工作是1958年开始的。经二十多年的努力建立了一整套光栅刻划机设计、加工、装调技术,制造了4台三种类型的光栅刻划机,并向国内七个光学仪器厂推广,建立了光栅检验设备及六项光栅性能指标的检验方法。掌握了从近紫外、可见到近、中红外光栅刻划的基本技术。建立了光栅复制工艺。已向国家提供原刻光栅及复制光栅近百个品种,一千余块。近年来,又开展了大光栅机、凹面光栅机构、全息光栅及其它光栅的研究和设计工作。下面就几个方面分别介绍。     

光电控制间歇运动衍射光栅机控制系统的改造升级

在分析了光电控制间歇运动衍射光栅刻划机（原刻划机）的基础上，针对原刻划机存在的不足，提出了相应的改进措施。据此设计构成了以单片机８０３１为核心的数控系统的硬件，实现了对分度信号的程控放大和幅值细分，提高了刻划机的分辨率；另外，用软件实现了直流力矩马达的分级调速，提高了刻划机的刻划精度。实验结果表明，改进后的刻划机分度重复性明显优于０．０５μｍ。