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

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано, например, для изготовления шкал и дифракционных решеток.

Цель изобретения - обеспечение воз- можности тиражирования структур с пространственной частотой, равной частоте эталонной структуры.

На чертеже изображена схема устройства.

Устройство содержит источник 1 когерентного излучения, расширитель 2 пучка, эталонную структуру 3, объективы 4-6, диафрагмы 7 и 8 и подвижную каретку 9, на которой за объективом 6 установлена заго- товка 10 со светочувствительным слоем.

Расширитель 2 расположен на пути пучка от источника 1 излучения. За расширителем 2 установлена оптически связанная с ним эталонная структура 3, Оптическая ось расширителя ориентирована под углом О относительно нормали к эталонной структуре, определяемым из соотношения

9 arcsin

Av Т

(D

где А - длины волны источника 1 излучения;

v - пространственная частота эталон- ной структуры 3.

За эталонной структурой 3 установлены равноудаленные от нее объективы 4 и 5 с равными фокусными расстояниями. Оптические оси объективов 4 и 5 параллельны и лежат в плоскости, перпендикулярной штрихам эталонной структуры 3: Диафрагмы 7 и 8 установлены в общей задней фокальной плоскости объективов 4 и 5 на пути симметричных относительно оптической оси объектива б нулевого и первого порядков дифракции, реализуемой на эталонной структуре 3, на расстояниях от оси объектива б

r ftg в ,

где f - фокусное расстояние объективов 4 и 5.

Объектив 6 размещен на расстоянии d от объективов 4 и 5, которое определяется соотношением

d

TtgT

(2)

где а - расстояние между оптическими осями объективов 4 и 5,

Оптическая ось объектива б параллельна оптическим осям объективов 4 и 5, является их осью симметрии и пересекает эталонную структуру 3 в точке пересечения последней с осью расширителя 2. Передняя фокальная плоскость объектива 6 совмещена с общей задней фокальной плоскостью объективов 4 и 5. Эталонная структура 3 размещена на каретке 9, которая установлена с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном штрихам эталонной структуры 3. На подвижной каретке 9 за объективом б установлена также заготовка 10.

Устройство работает следующим образом.

Выходящий из источника 1 когерентного излучения пучок расширяется системой 2 и падает на эталон ную структуру 3 под углом в к ее нормали. Величина угла в определяется, исходя из требования симметричности нулевого и первого порядков дифракции относительно оптической оси объектива 6. Для выполнения этого условия угол дифракции

пучка первого порядка р должен быть равен углу в .

Испытав дифракцию на структуре 3, пучок проходит объективы 4 и 5, в фокальной плоскости которых формируются две системы дифракционных порядков. Диафрагмы 7 и 8 пропускают два порядка (по одному от каждой системы), диафрагма 7 - нулевой, диафрагма 8 - первый, которые попадают в объектив 6. За объективом 6 под углом 2в друг к другу распространяются два колли- мированных пучка, которые формируют интерференционную картину в плоскости заготовки 10. Пространственная частота интерференционной картины равна пространственной частоте эталонной структуры, т.е. v . Одновременно система объективов 4-6 осуществляет оборачивание волновых фронтов дифрагировавших на эталонной структуре 3 пучков на 180°. При перемещении каретки 9 с эталонной структурой 3 и заготовкой 10 полосы в интерференционной картине остаются неподвижными относительно поверхности заготовки и по ее длине формируется периодическая структура.

П р и м е р. В качестве источника взят He-Ne-лазер ЛГН-215 (Я 0,633 мкм). Прой- дя расширитель 2 с увеличением-, равным 3, пучок диаметром 6 мм падает на эталонную структуру 3, период которой равен 5 мкм, под углом в, равным 3,6°. Испытав дифракцию на эталонной структуре, пучок проходит объективы 4 и 5 (фокусное расстояние 20 мм), расстояние между осями которых 10 мм. В месте фокусировки нулевого и первого порядков дифракции после объективов 4 и 5 установлены диафрагмы 7 и 8, имеющие отверстия диаметром 10 мкм. На расстоянии d от объективов 4 и 5 установлен объек- тив 6. Расстояние определяется из выражения (2). При а 10 мм; v 200 лин/мм;Я 0,633 мкм d 79,2 мм. Так как Передняя фокальная плоскость объектива 6 совпадает с задней фокальной плоскостью объективов 4 и 5, его фокусное расстояние равно 79,2 - 20 59,2 мм. В результате интерференции прошедших объектив 6 параллельных пучков в плоскости заготовки формируется интерференционная картина, пространственная частота которой равна V или 200 лин/мм. Эталонная структура и заготовка размещены на каретке прецизионного устройства перемещения с аэродинамическими направляющими. При перемещении каретки, например, с помощью линейного электроддвигателя по длине заготовки формируется периодическая структура.

Ф о р м у л а и з о б р е те н и я

Устройство для изготовления периодических структур, содержащее последовательно установленные и оптически связанные источник когерентного излучения, расширитель пучка, эталонную структуру, размещенную на каретке, которая установлена с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном штрихам эталонной структуры, равноудаленные

от этой структуры первый и второй объективы с равными фокусными расстояниями, оптические оси которых параллельны и лежат в плоскости, перпендикулярной штрихам эталонной структуры, две диафрагмы, размещенные в общей задней фокальной плоскости первого и второго объективов, третий объектив, передняя фокальная плоскость которого совмещена с общей задней фокальной плоскостью первого и второго

объективов, а оптическая ось параллельна оптическим осям первого и второго объективов является их осью симметрии и пересекает эталонную структуру в точке пересечения последней с осью расширителя, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности тиражирования структур с пространственной частотой, равной частоте эталонной структуры, оптическая ось расширителя ориентирована под

углом 0 относительно нормали к эталонной структуре, равным;

0 arcsinAv/2 ,

где Я-длина волны источника излучения;

V - пространственная частота эталонной структуры, диафрагмы размещены на расстояниях

45

ftg в

от оси третьего объектива, где f - фокусное расстояние первого и второго объективов, а третий объектив располо- жен на расстоянии

d a/2tg в

от первого и второго объективов, где а - расстояние между оптическими осями первого и второго объективов.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может применяться например, для изготовления шкал и дифракционных решеток. Устройство содержит последовательно установленные и оптически связанные источник 1 когерентного излучения, расширитель 2 пучка, эталонную структуру 3, размещенную на каретке 9, которая установлена с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном штрихам эталонной структуры, равноудаленные от этой структуры объективы 4 и 5 с равными фокусными расстояниями, оптические оси которых параллельны и лежат в плоскости, перпендикулярной штрихам эталонной структуры 3. Устройство также содержит две диафрагмы 7 и 8, размещенные в общей задней фокальной плоскости объективов 4 и 5 на пути порядков дифракции, реализуемой на эталонной структуре, объектив 6, передняя фокальная плоскость которого совмещена с общей задней фокальной плоскостью объективов 4 и 5. Оптическая ось параллельна оптическим осям объективов 4 и 5, является осью их симметрии и пересекает эталонную структуру 3 в точке пересечения последней с осью расширителя 2. При этом оптическая ось расширителя 2 ориентирована под углом Θ относительно нормали к эталонной структуре 3, диафрагмы 7 и 8 размещены на пути симметричных относительно оси объектива 6 нулевого и первого порядков дифракции на расстояниях R от оси объектива 6, а сам объектив 6 расположен на расстоянии D от объективов 4 и 5. Приведены соотношения для вычисления угла Θ в зависимости от длины λ волны источника 1 и пространственной частоты ν эталонной структуры 3, а также для вычисления расстояния D в зависимости от расстояния A между осями объективов 4 и 5 и от угла Θ и расстояния R в зависимости от этого угла и от фокусного расстояния F объективов 4 и 5. За объективом 6 на подвижной каретке 9 установлена заготовка 10 со светочувствительным слоем, на котором при перемещении каретки записывается периодическая структура с частотой ν. Изобретение обеспечивает возможность тиражирования структур с пространственной частотой, равной частоте ν эталонной структуры 3. 1 ил.