中阶梯光栅闪耀角检测装置及其检测方法与流程

1.本发明涉及光栅复制技术领域，特别涉及一种中阶梯光栅闪耀角检测装置及其检测方法。


背景技术：

2.作为机械刻划法高精度代表的中阶梯光栅，因其具有高衍射级次、高色散、高分辨力、高衍射效率和光谱范围宽等优点，被广泛应用于国防、军事、天文、光刻等领域。中阶梯光栅的刻槽具有闪耀角大、刻槽深等特点，其主要是通过光栅刻刀挤压、抛光蒸镀在微晶毛坯基底上的金属膜层形成，所要求的技术参数冲击机械刻划的极限。
3.在中阶梯光栅实际的研制过程中，研究人员发现光栅槽形只需保证工作面质量即可，非工作面质量并不影响衍射能量的分布，并以此提出了光栅高衍射效率普适模型，认为闪耀角和刻槽深度是影响光栅衍射效率的两个主要参数，因此中阶梯光栅槽形的主要设计参数为闪耀角和刻槽深度。在实际刻划的过程中，由于闪耀角和刻槽深度取决于光栅刻刀对金属膜层的挤压效果，研究人员需要在陪镀基底上对不同安装角条件下刻制的光栅试段进行检测，以此来确定光栅刻刀准确的安装角度，从而确保闪耀角和刻槽深度满足设计要求，最终在光栅试段的检测结果满足要求的条件下，对光栅刻刀的安转角度进行准确调整，并在大尺寸微晶毛坯基底上完成正式刻划。
4.现有的闪耀角和刻槽深度的测量方法是运用原子力显微镜对所刻槽形进行测量，通过分析比对检测结果，发现原子力显微镜测得的光栅刻槽深度比较准确，而闪耀角会随着选取的工作面位置的变化出现不重复的现象，如果以此为依据对光栅刻刀的安装角度进行调整，有时会出现调整量不合适需要反复调整的现象，极大地降低了刻划效率。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷，提出一种中阶梯光栅闪耀角检测装置及其检测方法，以解决现有检测方法不够准确、效率低的问题。
6.为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
7.本发明提供的中阶梯光栅闪耀角检测装置，包括：陪镀基底，在陪镀基底上刻划有与中阶梯光栅的闪耀角相同的光栅试段，在陪镀基底上未刻划的部分镀有金属膜；光源，其用于发出中阶梯光栅工作波段内不同波长的单色光；测量转台，其用于承载陪镀基底，并带动陪镀基底进行转动并测量陪镀基底的转动角度；棱镜，其摆放在光源与陪镀基底之间，用于使金属膜的反射光和光栅试段的衍射光的传播路径偏离光源；功率计，其用于测量反射光与衍射光的能量。
8.本发明提供的中阶梯光栅闪耀角检测方法，其利用中阶梯光栅闪耀角检测装置，闪耀角检测方法包括如下步骤：
9.s1、在陪镀基底上镀制金属膜；
10.s2、根据中阶梯光栅工作波段的要求，确定中阶梯光栅的中心波长λb，并带入到光
栅方程计算中阶梯光栅的闪耀角β，根据闪耀角β调整光栅刻刀的安装角度；其中，光栅方程为：
11.d(sin i
±
sinγ)＝mλbꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)；
12.其中，d为光栅常数，m为衍射级次，i为入射角，γ为衍射角，i＝γ＝β；
13.s3、通过光栅刻刀对陪镀基底未镀制金属膜的部分进行刻划，在陪镀基底上形成光栅试段；
14.s4、将陪镀基底放置在测量转台上，通过调整陪镀基底的位置与角度，使光源发出的不同波长的单色光垂直入射到金属膜，经金属膜反射到棱镜，经棱镜折转进入功率计，测量得到不同波长的单色光的能量i0(x)；
15.s5、平移陪镀基底，使光源发出的不同波长的单色光入射到光栅试段发生衍射形成不同的衍射光，通过测量转台带动陪镀基底转动到闪耀角时，利用功率计测量各衍射光的能量i(x)；
16.s6、将i0(x)与i(x)带入公式(2)，计算光栅试段的各波长的衍射效率将处于衍射效率峰值所对应的波长与中阶梯光栅的中心波长进行比较，根据比较结果调整光栅刻刀的安装角度，直到处于衍射效率峰值所对应的波长为中阶梯光栅的中心波长为止；
[0017][0018]
s7、光栅刻刀根据调整好的安装角度对中阶梯光栅进行刻划。
[0019]
优选地，在步骤s6中：
[0020]
根据计算出的光栅试段不同波长的衍射效率确定衍射效率峰值；
[0021]
若中阶梯光栅的中心波长的衍射效率处于射效率峰值，光栅刻刀根据当前的安装角度对中阶梯光栅进行刻划；
[0022]
若比中阶梯光栅的中心波长小的波长的衍射效率处于射效率峰值，则中阶梯光栅的闪耀角偏小，通过不断地调整光栅刻刀的安装角度，逐渐增大中阶梯光栅的闪耀角，直至中阶梯光栅的中心波长的衍射效率处于射效率峰值为止；
[0023]
若比中阶梯光栅的中心波长大的波长衍射效率处于射效率峰值，则中阶梯光栅的闪耀角偏大，通过不断地调整光栅刻刀的安装角度，逐渐减小中阶梯光栅的闪耀角，直至中阶梯光栅的中心波长的衍射效率处于射效率峰值为止。
[0024]
本发明解决了现有检测方法不够准确、效率低的问题，使中阶梯光栅的闪耀角及中心波长的检测结果准确可靠，从而保证光栅刻刀安装角的调整量准确无误，极大地提高中阶梯光栅的刻划效率。
附图说明
[0025]
图1是根据本发明实施例提供的中阶梯光栅闪耀角检测装置的结构示意图；
[0026]
图2是根据本发明实施例提供的中阶梯光栅闪耀角检测方法的流程示意图。
[0027]
其中的附图标记包括：光源1、棱镜2、陪镀基底3、测量转台4、转台41、圆光栅42、功率计5。
具体实施方式
[0028]
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
[0029]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
[0030]
图1示出了根据本发明实施例提供的中阶梯光栅闪耀角检测装置的结构。
[0031]
如图1所示，本发明实施例提供的中阶梯光栅闪耀角检测装置包括光源1、棱镜2、陪镀基底3、测量转台4和功率计5，在陪镀基底3上刻划有光栅试段，在陪镀基底3上未刻划的部分镀制有金属膜，测量转台4包括转台41和圆光栅42，陪镀基底3设置在转台41上，转台41用于带动陪镀基底3进行转动，圆光栅42用于测量陪镀基底3转过的角度，转台41的转动方式为手动转动或电动转动，具体结构为现有技术，故在本发明中不再赘述。
[0032]
棱镜2摆放在光源1与陪镀基底3之间，在棱镜2上镀有光学薄膜，光源1发出的单色光能够透过光学薄膜入射到陪镀基底3上，当单色光入射到光栅试段时发生衍射形成衍射光，当单色光入射到金属膜时被金属膜反射形成反射光，衍射光或反射光返回到棱镜2内，经光学薄膜折转后偏离光源1射出，功率计5摆放在棱镜2的折转方向上，用于测量衍射光或反射光的能量。
[0033]
上述内容详细说明了本发明实施例提供的中阶梯光栅闪耀角检测装置的结构，与中阶梯光栅闪耀角检测装置相对应，本发明实施例还提供一种利用该检测装置的中阶梯光栅闪耀角检测方法。
[0034]
图2示出了根据本发明实施例提供的中阶梯光栅闪耀角检测方法的流程。
[0035]
如图2所示，本发明实施例提供的中阶梯光栅闪耀角检测方法，包括如下步骤：
[0036]
s1、在陪镀基底上镀镀制金属膜。
[0037]
s2、根据中阶梯光栅工作波段的要求，确定中阶梯光栅的中心波长λb，并带入到光栅方程计算中阶梯光栅的闪耀角β，根据闪耀角β对光栅刻刀的安装角度进行粗调。
[0038]
光栅方程如下：
[0039]
d(sin i
±
sinγ)＝mλbꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)；
[0040]
其中，d为光栅常数，m为衍射级次，i为入射角，γ为衍射角，i＝γ＝β。
[0041]
对光栅刻刀的安装角度进行粗调的过程为，将光栅刻刀放置在角度调整装置上，以调整装置上的零位为基准，将光栅刻刀的闪耀角初调到设计值(即根据式(1)计算出的闪耀角β)。
[0042]
s3、通过光栅刻刀对陪镀基底未镀制金属膜的部分进行刻划，在陪镀基底上形成光栅试段。
[0043]
s4、将陪镀基底放置在测量转台上，通过调整陪镀基底的位置与角度，使光源发出的不同波长的单色光垂直入射到金属膜，经金属膜反射到棱镜，经棱镜折转进入功率计，测量得到不同波长的单色光的能量i0(x)。
[0044]
s5、平移陪镀基底，使光源发出的不同波长的单色光入射到光栅试段发生衍射形成不同的衍射光，通过测量转台带动陪镀基底转动到闪耀角时，利用功率计测量各衍射光
的能量i(x)。
[0045]
s6、将i0(x)与i(x)带入公式(2)，计算光栅试段的各波长的衍射效率将处于衍射效率峰值所对应的波长与中阶梯光栅的中心波长进行比较，根据比较结果调整光栅刻刀的安装角度，直到处于衍射效率峰值所对应的波长为中阶梯光栅的中心波长为止。
[0046]
公式(2)如下：
[0047][0048]
在步骤s6中，根据计算出的光栅试段不同波长的衍射效率确定光栅试段的衍射效率峰值，比较结果分为三种情况：
[0049]
①
、中阶梯光栅的中心波长的衍射效率处于射效率峰值
[0050]
此时处于衍射效率峰值所对应的波长为中阶梯光栅的中心波长，认为中阶梯光栅的闪耀角满足要求，完成光栅刻刀的安装角度的调整，光栅刻刀根据当前的安装角度对中阶梯光栅进行刻划。
[0051]
②
、比中阶梯光栅的中心波长小的波长的衍射效率处于射效率峰值
[0052]
此时认为中阶梯光栅的闪耀角偏小，通过不断地重复s3-s6进行光栅刻刀的安装角度的调整，以逐渐增大中阶梯光栅的闪耀角，直至中阶梯光栅的中心波长的衍射效率处于射效率峰值为止，即直至将处于衍射效率峰值所对应的波长调整到中阶梯光栅的中心波长为止，使中阶梯光栅的闪耀角满足要求，完成光栅刻刀的安装角度的调整，光栅刻刀根据当前的安装角度对中阶梯光栅进行刻划。
[0053]
③
、比中阶梯光栅的中心波长大的波长的衍射效率处于射效率峰值
[0054]
此时认为中阶梯光栅的闪耀角偏大，通过不断地重复s3-s6进行光栅刻刀的安装角度的调整，以逐渐减小中阶梯光栅的闪耀角，直至中阶梯光栅的中心波长的衍射效率处于射效率峰值为止，即直至将处于衍射效率峰值所对应的波长调整到中阶梯光栅的中心波长为止，使中阶梯光栅的闪耀角满足要求，完成光栅刻刀的安装角度的调整，光栅刻刀根据当前的安装角度对中阶梯光栅进行刻划。
[0055]
s7、光栅刻刀根据调整好的安装角度对中阶梯光栅进行刻划。
[0056]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0057]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
[0058]
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范
围内。