Способ изготовления голографических дифракционных решеток Советский патент 1991 года по МПК G02B5/32 G03H1/20 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к технологии изготовления голограммных дифракционных элементов, и может быть использовано при изготовлении голограммных дифракционных решеток с несимметричной формой профиля штрихов.

Цель изобретения - расширение возможности управления областью максимальной концентрации энергии и класса изготавливаемых голограммных дифракционных решеток с несимметричной формой профиля штриха.

На фиг, 1-5 приведена схема операций по изготовлению дифракционной решетки; на фиг.6 - зависимость дифракционной эффективности в первом порядке дифракции от длины волны для исходной отражательной дифракционной решетки (ДР) рельефно-фазового типа с симметричной формой профиля штрихов (кривая 6) и зависимость дифракционной эффективности от длины волны для изготовленной по предлагаемому способу голограммной дифракционной решетки в первом порядке дифракции (кривая 7) и в минус первом порядке дифракции (кривая 8).

Способ содержит следующие основные операции (фиг. f-5).

На подложке 1 изготавливают исходную отражательную, дифракционную решетку рельефно-фазового типа 2 или ее копию (фиг.1). На исходную отражательную дифракционную решетку рельефно-фазового типа 2 наносят слой светочувствительного материала 3 (фиг.2), далее освещают исходную отражательную дифракционную решетку 2 со слоем светочувствительного материала 3 потоком монохроматичного излучения 4 с длиной волны А под углом к подложке 90° -а (фиг. 3), где а определяется из соотношения

а arcsln (А v т/2),(1)

где v , т - частота штрихов и порядок дифракции ДР,

далее проводят фотохимическую обработку, в результате которой получается голограм- мная дифракционная решетка с несимметричной формой профиля штриха (фиг.4), и для получения отражательной голограмм- ной дифракционной решетки наносят на слой светочувствительного материала 3 слой отражающего покрытия 5.

Способ осуществляют следующим образом.

При освещении (фиг.З) исходной отражательной дифракционной решетки 2 со светочувствительным слоем 3 потоком монохроматичного излучения 4 под углом к подложке, равным 90° - а , где а определяется из соотношения (1), в светочувствительном слое 3 производят регистрацию интерференционной картины, которая образуется в результате взаимодействия падающего на исходную решетку 2 монохроматического потока излучения 4 с излучением, дифрагированным решеткой 2 в т, 0 - порядки дифракции.

При этом в зависимости от необходимой степени асимметрии формы профиля штриха и сдвига максимальной концентрации энергии выбирается один из дифрагиру- ющих пучков, который формирует совместно с падающим пучком основную интерференционную картину, у которой видность Vn.m удовлетворяет необходимому условию:

Vn.m Vo.m J

Vn.m Vn.O/ ,(2)

где Vn,m - видность интерференционной картины, образованной падающим пучком (п) и пучком т-го порядка дифракции, выбранного в качестве основного пучка;

Vo.m - видность интерференционной картины, образованной пучком нулевого порядка дифракции (0) и пучком т-го порядка дифракции;

Vn.o - видность интерференционной картины, образованной падающим пучком

(п) и пучком 0-порядка дифракции.

Угол, при котором производится освещение исходной дифракционной решетки со светочувствительным слоем, определяется следующим образом.

Для автоколлимационного освещения

дифракционной решетки выполняется соотношение:

2slna m А v .(3)

где п- угол дифракции в т-порядок;

v- частота штрихов решетки.

Условие освещения совпадает с автоколлимационным освещением решетки, поэтому угол дифракции пучка т-го порядка, выбранного в качестве основного, будет определяться на основании соотношения (3):

л arcsin

m А 1

(4)

где а- угол между нормалью к поверхности исходной решетки и направлением дифрагирующею пучка.

После освещения проводят фотохимическую обработку слоя светочувствительного материала 3. В результате получают голограммную дифракционную решетку с несимметричной формой профиля штриха. Степень асимметрии формы профиля штриха регулируется экспозицией, фотохимической обработкой и соответствующим выбором исходной дифракционной решетки меняя, таким образом, пропорцию между видностями интерференционных картин Vn.m, Vo.m, Vn.o. что в свою очередь позволяет

расширить возможности управления областью максимальной концентрации энергии. Так как при освещении исходной дифракционной решетки падающий и дифрагированный пучки имеют малую разность хода

(порядка оптической толщины нанесенного слоя фоточувствительного материала), то волновые фронты интерферирующих пучков будут практически одинаковыми в плоскости со слоем светочувствительного материала. Следовательно, качество волнового фронта изготавливаемой дифракционной решетки будет соответствовать качеству волнового фронта исходной решетки и будет мало зависеть от качества волнового

фронта освещающего пучка. Это позволяет изготавливать голограммные дифракционные решетки с несимметричной формой профиля штриха на вогнутых заготовках, т.е. расширить класс изготавливаемых дифракционных решеток, при этом нет необходимости в сложных оптических схемах для коррекции волнового фронта и формирования контрнаправленного пучка.

При получении голограммных дифракционных решеток с несимметричной формой профиля штриха на вогнутых заготовках в контрнаправленных пучках предлагаемый способ позволяет изготавливать дифракционные решетки как I, II типов, так и III и IV.

Пример реализации способа.

Для изготовления голограммной дифракционной решетки с несимметричной формой профиля штриха использовалась исходная отражательная голограммная решетка с симметричной формой профиля штриха с частотой штрихов 1800 , Дифракционная эффективность исходной решетки в +1 и -1 порядках дифракции была одинакова во всем измеряемом диапазоне длин волн (фиг,2, кривая 6).

На исходную решетку наносился светочувствительный слой фоторезиста СК-502 толщиной 0,33 мкм. Длина волны излучения, используемого для освещения, выбиралась равной 0,44 мкм

Исходная решетка освещалась излучением под углом 23.22°, рассчитанном по формуле (1).

Режимы фотохимической обработки и освещения.

1. Сушка слоя фоторезиста при 85°С в течение 15 мин. 2 Экспозиция 350 мДж/см .

3.Проявление в проявителе ПП-1 в течение 20с при 21 °С и разбавлении проявителя 1 1

4.Промывка дисциллированной водой.

После нанесения отражающего покрытия AI толщиной 900 А производилось измерение дифракционной эффективности изготовленной решетки.

На фиг.2 (кривая 7 и 8) приведены кривые распределения дифракционной эффективности в + 1 и -1 порядках дифракции изготовленной голограммной дифракционной решетки. Несимметричность формы профиля штриха подтверждается различием энергии в +1 и -1 порядках дифракции

Измерения дифракционной эффективности проводились в автоколлимационной схеме, угол отлонения от автоколлимации 6° Анализируя график дифракционной эффективности изготовленной дифракционной решетки (фиг.2, кривые 2, 3), можно также отметить что длина волны максимума дифракционной эффективности Я практически не отличается от длины волны освещающего

излучения , т е. Я, Я{-Я. .

Таким образом, изобретение обладает рядом преимуществ по сравнению с прототипом - это расширение возможности уп- рав-ления областью максимальной

концентрации энергии и расширение класса изготавливаемых голограммных концентрирующих дифракционных решеток. Формула изобретения Способ изготовления голографических

дифракционных решеток с несимметричной формой профиля штрихов, включающий изготовление исходной рельефно-фазовой отражательной дифракционной решетки, о т - личающийся тем, что, с целью расширения возможности управления областью максимальной концентрации энергии и класса изготавливаемых голограммных решеток, на поверхность исходной рельефно- фазовой отражательной дифракционной

решетки, выпопненной с симметричной формой профиля штрихов, дополнительно наносят светочувствительный слой, на котором производят регистрацию интерференционной картины путем освещения

исходной дифракционной решетки потоком монохроматического излучения, направленным к поверхности подложки под углом 90° - о. причем «определяют из выражения а arcsin (Я v т/2) где v и m соответственно частота штрихги и порядок дифракции исходной рельефно-фазовой дифракционной решетки, Я длина волны монохроматического излучения, соответствующая заданной области максимальной

концентрации энергии, дифрагированной в гп-й порядок дифракции и проводят фотохимическую обработку дополнительного светочувствительного слоя

vxrxrv

- /:

2

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к способам изготовления голограммных дифракционных решеток с несимметричной формой профиля штрихов, и позволяет расширить возможность управления областью максимальной концентрации энергии и расширить класс изготавливаемых голограммных дифракционных решеток с несимметричной формой профиля штриха. Для этого изготавливают исходную рельефно-фазовую отражательную дифракционную решетку, на ее поверхность дополнительно наносят светочувствительный слой, на котором производят регистрацию интерференционной картины путем освещения исходной дифракционной решетки потоком монохроматического излучения, направленным к поверхности подложки под углом 90° - а. где а arcsin (Я v m/2). где v и m - соответственно частота штрихов и порядок дифракции исходной рельефно-фазовой отражательной дифракционной решетки, ).- длина волны монохроматического излучения, соответствующая заданной области максимальной концентрации энергии, дифрагированной в m-й порядок дифракции, а затем проводят фотохимическую обработку дополнительно нанесенного светочувствительного слоя. 6 ил Ё

АГ

/ 0 s 0 /,

« ,

V / Г 0 ,

TV r/ #

50

25

-rSb

Фигз

Фиг «