Устройство для изготовления периодических структур Советский патент 1991 года по МПК G02B27/42 

Изобретение относится к оптичес- кому приборостроению и может найти применение, напримерf для изготовления шаблонов, шкал и дифракционных решеток.

Целью изобретения является повы- шенне точности изготовления периодических структур путем уменьшения влияния изменения толщины подложки эталонной структуры.

На чертеже изображена Схема предла гаемого устройства.

Устройство содержит источник 1 когерентного излучения, рас- ширитель 2 пучка, эталонную структуру 3, объективы 4 и 5, оптические одномодовые световоды 6 и 7, подвижную каретку 8. Позицией 9 обозначена заготовка со светочувствительным слоем.

Расширитель 2 расположен на пути ручка от источника 1 излучения. За расширителем 2 установлена оптически связанная с ним эталонная структура 3, которая ориентирована по нормали к оптической оси расширителя. За эта- лонной структурой установлен объектив 4, оптическая ось которого совпадает с осью расширителя как и оптическая ось объектива 5. Входные торцы световодов 6 и 7 расположены в фокальной плоскости объектива 4 на пути симметричных порядков дифракции, реали- на эталонной структур 3. Выходные торцы светородов 6 и 7 расположены на линии пересечения передней фокальной плоскости объектива 5 и плоскости, перпендикулярной штрихам эталонной структуры 3 и проходящей через совмещенную ось объективов 4, и 5 на одинаковом расстоянии от этой оси, но с противоположной, чем соот- ветствующи)входные торцы, стороны от нее. Расстояние а между выходными торцами световодов определяется соотношением

а 2f tg(arcsimn /l),

(О

где f - фокусное расстояние объектива 5;

m - номер порядков дифракции; - пространственная частота

эталонной структуры 3; 7 - длина волны источника I излучения.

Эталонная структура 3 размещена на каретке 8, которая установлена с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном штрихам эталонной структуры 3. На подвижной каретке 8 за объективом 5 установлена заготовка 9.

Устройство работает следующим образом.

Выходящий из источника 1 когерентного излучения пучок расширяется расширителем 2 и падает нормально на эталонную структуру 3i Испытав дифракцию на структуре 3, пучок проходит объек51620

тив 4, в фокальной плоскости которого формируется система дифракционных порядков. Два симметричных порядка проходят световоды 6 и 7 и попадают в объектив 5. За объективом 5 под углом друг к другу распространяются два кол- лимированных пучка, которые формируют интерференционную картину в плоскости заготовки 9. Пространственная частота и интерференционной картины равна u 2m.(2)

При перемещении каретки 8 с эталонной структурой 3 и заготовкой 9 в направлении, перпендикулярном оси осве- щающего пучка, полосы в интерференционной картине остаются неподвижными относительно поверхности заготовки, и по ее длине формируется периодическая структура.

Пример. В качестве источника 1 взят He-Ne-лазер ЛГН-215 ($ 0,63 мкм). Пройдя расширитель 2 с увеличением 1,5, пучок диаметром 4,5 мм падает на эталонную структуру 3, период которой равен 20 мкм. Испытав дифракцию на эталонной структуре, пучок проходит объектив 4, в фокальной плоскости которого формируется система дифракционных порядков. В месте фокусировки двух симметричных порядков (tl) расположены входные торцы световодов 5 и 6. Параметры расширителя 2, объектива 4 и световодов 5 и 6 выбираются, исходя из условия обеспечения работы световода в одномонр- вом режиме и обеспечения максимальной эффективности ввода излучения. Условия работы световода в одномодовом режиме имеют вид

k Ъ (n - n|)|2 Ј 2,405,

где k 2H/Q;

п , rig - показатели преломле

ния материалов сердпе45

вины и оболочки световода ;

2Ь - диаметр сердцевины. Например, для nj- n 0,003; у 0,63 мкм, получается условие для гд 2Ь

2W

2,4054 Йп -п)

или 2Ь 4,8 мкм.55

Выбираем световод с диаметром серд- цевины2Ь 4 мкм. Для эффективного ввода излучения в световод необходимо, чтобы были равны числовые апертуры световода

I Q

j 0

5 о

5

0

5

гд

5

NAC и объектива NA,, а также диаметр сфокусированного на торце световода пучка и диаметр сердцевины. В нашем случае NAC (n - n5) /2fco,l:NAoJ , где 2бО(-диаметр падающего на объектив 4 пучка; f( - фокусное расстояние этого объектива. Полагая NAC и учитывая, что 2 А)( 4,5 мм, получаем для фокусного расстояния объектива f4 22,5 мм. Диаметр ) падающего на объектив 4 пучка, диаметр 203 пучка в его фокусе и фокусное расстояние объектива связаны следующим соотношением

фг, Л ,(3)

1

Подставляя в (3) найденные значения

параметров, получаем 2(л) 4 мкм, что. согласуется с диаметром сердцевины световода. Расстояние между выходными торцами световодов определяется соотношением (1). Полагая фокусное расстояние объектива 5 ранным 40 мм, получаем а 2,52 мм.

В результате интерференции прошедших объектив 5 параллельных пучков в плоскости заготовки 9 формируется интерференционная картина, пространственная частота которой раптга 2 100 лип./мм. Эталонная структура 3 и заготовка 9 размещены tin клретке 8 прецизионного устройства перемещения с аэростатическими направляющими. При перемещении-каретки, например, с помощью линейного электродвигателя, по длине заготовки формируется периодическая структура. Формула изобретения

Устройство для изготовления периодических структур, содержащее последовательно установленные и оптически связанные источник когерентного излучения, расширитель пучка, эталонную структуру, ориентированную по нормали к оптической оси расширителя и размещенную на каретке, которая установлена с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном штрихам эталонной структуры, а также первый и второй объективы, причем оптические оси второго объектива и расширителя совмещены, отличающееся тем, что, с целью повышения точности изготовления путем уменьшения влияния толщины подтжки эталонной структуры, оно снабжено двумя одкомодовыми световодами, входные торцы которых расположены в фокальной плоскости первого

716209728

объектива, оптическая ось котороговходные торцы, стороны от нее, а рассовмещена с осью расширителя, на путистояние а между выходными торцами

симметричных порядков дифракции, pea-световодов определяется из соотношелизуемой на эталонной структуре, вы-ния

ходные торцы световодов расположены„ . . , A/L

на линии пересечения передней фокаль-°

Ной плоскости второго объектива и ггде f - фокусное расстояние второго плоскости, перпендикулярной штрихамобъектива;

эталонной структуры и проходящей че- JQ ю - номер порядков дифракции; рез совмещенную ось объективов, на пространственная частота эта- одинаковом расстоянии от этой оси, но лонной структуры с противоположной, чем соответствующие $ - длина волны источника излучения.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может найти применение, например, дня итотовле- нил шаблонов, шкал и дифракционных решеток. Устройство содерлит последовательно установленные и оптически слизанные источник 1 когерентного излучения, расширитель 2 пучка, эталонную структуру 3, ориентированную по нормали к оптической оси распьрнтеля и размещенную на каретке 8, которая ус