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

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может найти применение, например, для изготовления шаблонов, шкал и дифракционных решеток.

Целью изобретения является повышение точности изготовления структур путем устранения влияния непрямоличейности перемещения каретки.

На чертеже изображена схема устройства.

Устройство содержит последовательно установленные и оптически связанные источник 1 когерентного излучения, расширитель 2 пучка, светоделительный блок 3, две плоскопараллельные пластинки 4, 5, отражатель 6, эталонную структуру 7, оборачивающие элементы в виде телескопических систем 8, 9, подвижную каретку 10 Позицией 11 обозначена заготовка со светочувствительным слоем.

Расширитель 2 расположен на пути пучка от источника 1 излучения. За расширителем установлен оптически связанный с ним светоделительный блок 3. Светоделительный блок 3 имеет коэффициент деления 2 и его выходные оси параллельны оптической оси расширителя 2. В выходящих из светоделителя пучках под углом а к его выходным осям установлены плоскопараллельные пластинки 4, 5. толщиной д , которые

g

вермуты в те же стороны, что и оси оптически связанных с ними, соответственно, телескопических систем 8, 9. Пластинки 4, 5 размещены на каретке 10, Угол установки пластинок а и их толщина 6 связаны COOT- ношением

5cos«()V ()1/2 2/m/ L Яш,

где п - показатель преломления материала плоскопараллельных пластинок;

m - номер порядков дифракции, в которых установлены оборачивающие элементы;

L - расстояние между эталонной структурой и точкой пересечения осей оборачивающих элементов;

Я-длина волны излучения;

ft) - пространственная частота эталонной структуры.

Отражатель 6 установлен на пути пучков после пластинок 4, 5 под углом 45 к

эталонной структуре 7. Сама эталонная структура ориентирована параллельно оптическим осям расширителя 2 и светодели- тельного блока 3 и размещена на каретке 10. Каретка Юустанозленас возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном штрихам эталонной структуры 7. Две телескопические системы 8, 9 имеют увеличение Г 1 и размещены в симметричных порядках дифракции, реализуемой на эта- лонной структуре 7. Оси телескопических систем 8, 9 пересекаются в плоскости заготовки, которая также установлена на подвижной каретке 10,

Устройство работает следующим обра- зом.

Выходящий из источника 1 когерентного излучения пучок расширяется расширителем 2 и, пройдя светоделительный блок 3, разделяется на два параллельных пучка, ко- торые проходят плоскопараллельные пластинки 4,5 и, отразившись от отражателя б, падают нормально на эталонную структуру 7. В результате дифракции двух освещающих пучков на эталонной структуре за ней распространяются две группы дифракционных порядков. В телескопических системах 8,9 диафрагмами, установленными в фокусе первых линз, отфильтровываются все порядки, кроме выбранных. Кроме того, теле- скопические системы сужают пучки и оборачивают их на 180°, После прохождения телескопических систем пучки совмещаются на заготовке 11 с образованием интерференционной картины. При переме5

0

0

5

п , j.

.„

„. ,

щении каретки 10с эталонной структурой 7 и заготовкой в направлении, перпендикулярном осям освещающих пучков, полосы в интерференционной картине остаются неподвижными относительно поверхности и по ее длине формируется периодическая структура.

Представленное выше уравнение, связывающее параметры плоскопараллельных пластинок 4, 5 и-конструктивные параметры устройства, соответствует условию такой компенсации, при которой исключается погрешность изготовления, обусловленная непрямолинейностью перемещения, а именно разворотом каретки 10 вокруг оси, параллельной штрихам эталонной структуры 7. Эго достигается путем изменения разности фаз падающих на эталонную структуру 7 пучков синхронно с разворотом каретки 10 за счет изменения оптических путей пучков при прохождении ими плоскопараллельных пластинок 4, 5.

Пример конкретного исполнения.

Пусть в качестве источника-1 взят Не- Ne лазер Л Г-38 (Я 0,63 мкм). Пройдя расши- ритель 2 с увеличением Г| 6, пучок направляется в светоделительный блок 3, представляющий собой, например, систему из 3-х отражателей v светоделителя, на выходе которого получ кот два параллельных пучка равной интенсивности, падающих на плоскопараллельные пластинки 4, 5. Пластинки изготовлены из стекла К8 (,5) и установлены под углом а - 30°. Толщина пластинки д определяется из указанного соотношения. Положив п 5, L 55 мм, ft) 50 лин/мм, находим 5 30,95 мм, Пройдя плоскопараллельные пластинки 4, 5, пучки отражателем 6 направляются на эталонную структуру нормально к ней. За эталонной структурой 7 распространяются две группы дифракционных порядков. На пути ±5 порядков, угол дифракции которых равен 9°, установлены телескопические системы 8, 9 с увеличением Г 1 /Г1- 1 /6, которые оборачивают волновые фронты пучков на 180° и сужают выходные пучки. Кроме того, в фокусе первых линз телескопических систем установлены диафрагмы, перекрывающие все порядки, кроме пятых. Диаметр диафрагм 10 мкм. Выводящие из телескопических систем 8, 9 пучки совмещаются на поверхности заготовки 11 со светочувствительным слоем с образованием интерференционной картины. Заготовка 11 располагается непосредственно за телескопическими системами 8, 9 на расстоянии 55 мм от эталонной структуры 7. Эталонная структура и заготовка размещены на каретке 10 прецизионного

устройства перемещения с аэростатическими направляющими. При перемещении каретки, например, с помощью линейного электродвигателя по длине заготовки формируется структура с пространственной частотой 500 лин/мин.

Формула изобретения Устройство для изготовления периодических структур, содержащее последовательно установленные и оптически связанные источник когерентного излучения, расширитель пучка, светоделительный блок с коэффициентом деления 2, выходные оси которого параллельны оптической оси расширителя, эталонную структуру, размещенную на каретке, которая установлена с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном штрихам эталонной Структуры, и оборачивающих элемента, выполненных в виде телескопических систем с увеличением Г 1 и размещенных в симметричных порядках дифракции эталонной структуры, причем оптические оси оборачивающих элементов пересекаются в плоскости установки заготовки, о т л и ч а ю- щ е ее я тем, что, с целью повышения точности изготовления путем устранения влияния непрямолинейности перемещения каретки, оно дополнительно снабжено двумя плоскопараллельными пластинками толщиной д и отражателем, оптически связанными со светоделительным блоком и последовательно установленными между ними и эталонной структурой, причем плоскопараллельные пластинки размещены на каретке и развернуты в те же стороны, что и оси оптически связанных с ними соответствующих оборачивающих элементов, рабочие грани плоскопараллельных пластинок ори0 ентированы под углом а к выходным осям светоделительного блока, отражатель установлен под углом 45° к эталонной структуре, эталонная структура ориентирована параллельно осям расширителя и светоделитель5 чого блока, а толщина пластинок биаугол связаны соотношением

sin a

0

5

0

а(1

д cos а П (n2-cos2a)1/W 2/m / L Яш,

где п -- показатель преломления материала плоскопараллельных пластинок;

m -- номер порядков дифракции, в которых установлены оборачивающие элементы;

L- расстояние между эталонной структурой и точкой пересечения осей оборачивающих элементов;

Я-длина волны источника излучения;

со - пространственная частота эталонной структуры.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и позволяет повысить точность изготовления структуры путем устранения влияния непрямолинейности перемещения каретки. В устр-ве под углом а к выходным осям светоделительного блока 3 размещены плоскопараллельные пластинки 4и 5, установленные и каретке 10. Прошедшие через ппэстиьки 4 и 5 два параллельных пучка направляются отра.жателем 6 на эталонную CTpyovpy 7. В телескопических системах 8, 9 диафрагмы, установленные в фокусе первых линз, отфильтровывают все дифракционные порядки пучков, кроме выбранных. На заготовке 11 со светочувствительным слоем совмещенные пучки образуют интерференционную картину полосы в которой остаются неподвижными относительно поверхности при перемещении каретки 10 в направлении, перпендикулярном осям освещающих пучков. Пластинки 4, 5развернуты в те же стороны, что и оси соответствующих оборачивающих элементов - систем 8, 9. Приведено соотношение, связывающее толщину пластинок 4, 5 и угол а. 1 ил. (Л С