Способ изготовления дифракционных оптических элементов Советский патент 1986 года по МПК G02B27/42 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к способам изготовления дифракционных оптических элементов (ДОЭ): зонных пластинок Френеля, кольцевых и радиальных дифрак1шонных решеток, шкал, сеток, растров, кодовых дисков и т.д.

Целью изобретения является уменьшение брака и увеличение точности выполнения топологии.

На фиг. 1 изображена схема устройства, реализующего способ; на фиг. 2 - расположение точек фокусировки световых пучков на поверхности пленки; на фиг. 3 - зависимости коэффициента отражение пленки хрома от длины волны и плотности мощности светового потока.

Устройство для реализации способа состоит, например, из оптически связанных источников света (лазера) 1 с модулятором 2, дифракционной рещетки 3, светоделителя 4, зеркала 5, юкусирующего объектива 6. В фокальм ной плоскости объектива 6 расположена пленка светочувствительного вещества ( например металла - хрома, титана, молибдена и т.д.), нанесенная на оптическую подложку 7. Подложка установлена на торце 8 шпинделя, связанного с приводом 9 вращения. Светоделитель 4 оптически связан с двумя фотоприемниками 10 и II, электрические выходы которых через делитель 12 связаны с входом блока 13 управления устройством (электронная вычислительная машина).

Элементы 3-6, 10, 11 установлены на подвижной платформе 14, связанной с приводом 15 перемещения. Приводы перемещения 15 и вращения.9, а также модулятор 2 связаны с управляющей ЭВМ 13.

На выходе решетку 3 световой поток разлагается на три пучка: основной, распространяющийся вдоль оптической оси, и два вспомогательных, . распространяющихся под углом к оптической оси. Вспомогательные пучки света лежат в плоскости, перпендикулярной плоскости перемещения подвижной платформы, и в них концентрируется 10% общего светового потока.

Взаимное расположение точек фоку- сировки световых пучков на поверхности светочувствительной пленки приведено на фиг. 2. Направление движения пленки показано стрелкой. Точки

5

0

5

5

0

фокусировки вспомогательных пучков 6 и 17 расположены по обе стороны (по направлению движения) относительно основного пучка 18, с помощью которого осуществляется экспонирование пленки. Расстояние 1 между точками фокусировки равно 5-10 их диаметрам (т.е. порядка 5-10 мкм).

Согласно предлагаемому способу мощность экспонирунлцего светового по- .тока изменяют с тем, чтобы степень физико-химических изменений в пленке оставалась постоянной по всей поверхности вне зависимости от линейной скорости перемещения, толщины пленки, состояния ее поверхности, адгезии к подложке, и т.д. Для определения требуемого закона управления мощностью светового потока используют то, что физико-химические изменения в пленке под действием излучения сопровождаются изменением ряда ее оптических констант, в том числе коэффициента отражения. На фиг. 3 приведены полученные экспериментально с помощью спектрофотометра зависимости коэффициента отражения Rj экспонированной пленки хрома (толщииа 1000 А) от дгга- нь волны А и плотности мощности светового потока (2,2-10 Вт/см - кривая 19; 3-10 Вт/см кривая 20), нормированные по отнощеиию к коэффициенту отражения ной пленки.

R неэкспонирован5

е

0

5

0

Из приведенных кривых 19 и 20 следует, что наибольщее изменение коэффициента отражения наблюдается в коротковолновой области спектра. На ( им (длина волны записи) уменьшение составляет 5-10% в зависимости от плотности мощности светового потока. Измерение коэффициентов отражения R J и Н производится с помощью вспомогательных световых пучков 16 и 17 (фиг. 2), которые после отражения от поверхности пленки проходят элементы 4-6 устройства (г. I) и поступают соответственно на входы фотоприемников 10 и П. Напряжение на выходах последних составляет U,I,rRj(l-t)K, и„ I,rR(.t-T)K где 1

тока на входе светоделителя с коэффициентом пропускания t ;

К и К - коэффициенты передачи фотоприемников 10 и II.

(1)

„ I I. iV , ,

интенсивность светового поДелитель 12 вычисляет этих напряжений

.J. i, К„ R/ Величина N не зависит to

сивности светового потока 1, а зависит только от отношения коэффициентов отражения пленки и коэффициентов передачи фотоприемников. Если К, К consj,, то

Ф- RH

Если плотность мощности светового потока в пучке 18 меньше порога начала физических изменений в пленке, то величина (). При увеличении мощности величина N постепенно уменьшается. Оптимальное значение величины N дпя хромовой пленки составляет 0,9-0,98. Текущее значение Н с выхода блока 12 поступает в управляющую ЭВМ 13, которая с помощью оптического модулятора 2 управляет . величиной мощности светового потока

с тем, чтобы по всей экспонируемой поверхности значение N было постоянным, т.е. реализуется цепь следящей обратной связи.

Первоначальный выбор амплитуды экспонирующих импульсов для получения необходимой величины локального изменения коэффициента отражения тонкой пленки производят вне зоны формируемой топологии элемента, увеличивая мощность экспонирующего излучения до получения требуемой степени физико-химических излучений. Таким образом, исключается ошибка в выполнении первого экспонируемого участка топологии ДОЗ.

Пример 1. Изготовление элемента с кольцевыми зонами (кольцевые дифракционные решетки, пространственные фильтры диаграммы и т.д.).

После установки подложки с пленкой и приведения шпинделя во вращение управляющая ЭВМ позиционирует платформу 14 так, чтобы область фокусировки излучения находилась вне зоны формируемой топологии элемента.

Мощность светового потока с помощью модулятора 2 постепенно увеличивается, пока величина N не достигнет необходимой величины, например Oj,95. Установка необходимого коэффициента отражения пленки осуществляется за один оборот шпинделя. Затем .модулятор 2 отключается, а управля0

5

0

5

0

5

0

5

ющая ЭВМ 13 запоминает уровень сигнала. После этого платформа 14 передвигается к первой внешней зоне изготовляемого элемента. На вход модулятора 2 подается сигнал управления, и сфокусированный пучок света экспонирует на пленке кольцевую дорожку. Б пределах оборота мощность светового луча непрерывно меняется с тем, чтобы величина К была постоянна. Далее платформа 14 перемещается, и процесс экспонирования повторяется.

Пример 2. Изготовление элемента с радиальными штрихами или

сегментами кольцевых з.он (радиальные решетки, растры, угловые шкалы, кодовые диски, лимбы и т.д.).

Первоначальный выбор мощности излучения производят так же, как в примере 1. Далее при экспонировании пленки в зоне топологии элемента ЭВМ в зависимости от углового положения подложки осуществляют синхронную с вращением шпинделя 8 импульсную модуляцию лазерного излучения. Таким Образом, радиальные штрихи, получаемые данным способом, состоят из перекрывающихся сегментов колец необходимой длины.

После экспонирования осуществляется обработка пленки в химическом травителе. Травление пленок хрома может осуществляться в 25%-ном водном растворе едкого натра и ферро- цианида калия в соотношении компонентов 1:4. Форм.ула изобретения

Способ изготовления дифракцион- ных оптических элементов, включающий экспонирование пленки, нанесенной на оптическую подложку, движущимся сфокусированным световым пучком с изменяемой мощностью и последующую химическую обработку, отличающийся тем, что, с целью уменьшения брака и повышения точности выполнения топологии, измеряют локальное изменение коэффициента отражения пленки под действием излучения, выбирают мощность светового пучка в соответствии с требуемой величиной локального изменения коэффициента отражения пленки, а изменение мощности светового пучка осуществляют при условии сохранения постоянства локального изменения коэффициента отражения пленки под действием излучения по всей экспонируемой поверхности.

VU2.2

Изобретение относится к оптическому приборостроению и позволяет уменьшить брак и повысить точность выполнения топологии. Способ основан на экспонировании нанесенной на оптическую подложку 7, установленную на шпинделе 8, тонкой пленки и последующей обработки в химическом тра- вителе. Одновременно с экспонированием измеряют локальное изменение коэффициента отражения пленки под действием излучения с помощью вспомогательных световых пучков, после отражения от поверхности пленки поступающих последовательно на светоделитель 4, зеркало 5, фокусирующий объектив 6 и на фотоприемники 10 и II. По измеряемой величине выбирают мощность светового пучка для получения необходимой величины изменения коэффициента отражения и изменяют с помощью модулятора 2 мощность светового пучка так, чтобы локальное изменение коэффициента отражения пленки было постоянным по всей экспонируемой поверхности. 2 ил. I (Л ю 00 о СП О5 9 иг. t

00

И. Рыбченко

SQO ц,г.Ъ

Составитель В. Кравченко Техред Н.Глущенко

Заказ 7063/51Тираж 501

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

600

Корректор М. Демчик

Подписное