專利名稱：全息凹面光柵曝光衍射效率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種全息光學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種全息凹面光柵曝光衍 射效率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光柵也稱衍射光柵，是利用多縫衍射原理使光發(fā)生色散(分解為光譜)的 光學(xué)元件。全息凹面光柵是用全息曝光技術(shù)在凹面上制作的光柵。它同時(shí)具 有分光和聚焦元件的特性，可以作為光譜儀器唯一的光學(xué)元件而無需準(zhǔn)直鏡 和聚集鏡，使得儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、小型化，迸而大大降低儀器成本，并且可以 根據(jù)光譜分析的需要設(shè)計(jì)制作出各種刻線數(shù)的全息凹面光柵。與機(jī)刻光柵相 比，它又具有一般全息光柵的許多優(yōu)點(diǎn)，如刻線均勻，無鬼線，刻劃面積大， 刻線密度高等等。目前全息凹面光柵廣泛應(yīng)用于攝譜儀、掃描單色儀、直讀 光譜儀、同位素光譜分析儀以及光纖通信網(wǎng)中的波分復(fù)用器等等。
全息凹面光柵的制作過程中至關(guān)重要的一步就是曝光，曝光時(shí)間的控制、 激光光強(qiáng)的大小直接影響到最后全息凹面光柵的質(zhì)量。全息凹面光柵負(fù)一級(jí) 衍射效率直接影響光譜分析儀器的光譜分析能力，過曝光和曝光不足都會(huì)造 成全息凹面光柵負(fù)一級(jí)衍射效率的下降。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于全息凹面光柵曝光 過程中負(fù)一級(jí)衍射光衍射效率的掌握和控制還停留在依靠經(jīng)驗(yàn)的層面上，沒 有儀器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型是針對(duì)現(xiàn)有全息凹面光柵曝光過程中負(fù)一級(jí)衍射光衍射效率 的不能實(shí)時(shí)監(jiān)控捕捉的問題，提出了一種全息凹面光柵曝光衍射效率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)全息凹面光柵曝光時(shí)負(fù)一級(jí)衍射光的最佳曝光點(diǎn)，達(dá) 到制作完成后的全息凹面光柵具有最高負(fù)一級(jí)衍射效率的目的。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案為 一種全息凹面光柵曝光衍射效率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系
統(tǒng)，包括He-Ne激光器、凸透鏡、帶串口連接的光功率計(jì)、計(jì)算機(jī)、He-Cd激 光，在一個(gè)由He-Cd激光作為全息凹面光柵光源的曝光光路中，將He-Ne激 光監(jiān)測(cè)光源，凸透鏡，全息凹面光柵中心放置在一條直線上，且平行于水平 面，帶串口連接的光功率計(jì)接收監(jiān)測(cè)光源He-Ne激光經(jīng)凸透鏡擴(kuò)束后在全息 凹面光柵衍射聚焦后的負(fù)一級(jí)衍射光的光強(qiáng)，并將光強(qiáng)信號(hào)送入計(jì)算機(jī)處理， 得出衍射效率的變化曲線。
所述監(jiān)測(cè)光源He-Ne激光發(fā)出的平面光波與全息凹面光柵中心軸所成e
角度在零度與二十度之間，且與水平面平行。
所述監(jiān)測(cè)光源He-Ne激光經(jīng)凸透鏡擴(kuò)束后的球面光波覆蓋全息凹面光柵 曝光面且僅覆蓋全息凹面光柵曝光面。
所述監(jiān)測(cè)光源He-Ne激光垂直入射到凸透鏡上。
帶串口連接的光功率計(jì)的接收面放置在全息凹面光柵負(fù)一級(jí)衍射聚焦點(diǎn)上。
本實(shí)用新型的有益效果在于本實(shí)用新型全息凹面光柵曝光衍射效率實(shí) 時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)全息凹面光柵曝光時(shí)的負(fù)一級(jí)的衍射光光強(qiáng)來控制 全息凹面光柵制作過程中曝光的最佳曝光量，達(dá)到制作完成后的全息凹面光 柵具有最佳負(fù)一級(jí)衍射效率的目的。具有光強(qiáng)利用率高，裝置簡(jiǎn)單，容易拆 卸，沒有復(fù)雜的光路調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)。

圖1是本實(shí)用新型全息凹面光柵曝光衍射效率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實(shí)用新型全息凹面光柵曝光衍射效率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)全息凹面光柵曝 光前示意圖3是本實(shí)用新型全息凹面光柵曝光衍射效率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)全息凹面光柵曝 光后光刻膠分子變化示意圖4是本實(shí)用新型全息凹面光柵曝光衍射效率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)負(fù)一級(jí)衍射光光 強(qiáng)變化曲線；
圖5是本實(shí)用新型全息凹面光柵曝光衍射效率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)全息凹面光柵制
作光路圖。
具體實(shí)施方式
光刻膠又稱光致抗蝕劑，由感光樹脂、增感劑和溶劑三種主要成分組成 的對(duì)光敏感的混合液體。感光樹脂經(jīng)光照后，曝光區(qū)分子結(jié)構(gòu)改變。根據(jù)其 化學(xué)反應(yīng)機(jī)理和顯影原理，可分負(fù)性膠和正性膠兩類。光照后形成不可溶物 質(zhì)的是負(fù)性膠；反之，對(duì)某些溶劑是不可溶的，經(jīng)光照后變成可溶物質(zhì)的即 為正性膠。我們使用的光刻膠是AR-P3120，為正性光刻膠，其對(duì)光波的響應(yīng) 為近紫外和紫外波段，因此它對(duì)He-Cd激光(441.6nrn)有較好的響應(yīng)，而對(duì) 于He-Ne激光(632. 8nm)基本沒有響應(yīng)。我們使用He-Cd激光作為制作光源， He-Ne激光作為測(cè)試光源。
在全息凹面光柵曝光過程中，明條紋處光強(qiáng)遠(yuǎn)高于暗條紋處。由于光強(qiáng) 度不同，明條紋處光刻膠分子改變速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于暗條紋處，此時(shí)，可以忽略 暗條紋處分子改變速率。由于分子結(jié)構(gòu)改變，其折射率也隨之變小。因此， 我們可以將其等價(jià)為一個(gè)槽形高度較低的光柵。當(dāng)曝光到達(dá)光刻膠底部時(shí)，負(fù)一級(jí)衍射光的光強(qiáng)度緩慢降低。因此負(fù)一級(jí)光強(qiáng)變化的曲線為首先緩慢 增加，然后緩慢降低。
He-Ne激光作為監(jiān)測(cè)光源與正在制作過程中的全息凹面光柵中心軸成^ 角(0'〈 ^〈20'),經(jīng)凸透鏡擴(kuò)束覆蓋且僅覆蓋整個(gè)全息凹面光柵的曝光面，經(jīng) 全息凹面光柵衍射與聚焦，其負(fù)一級(jí)衍射光聚焦于帶串口連接的光功率計(jì)接 收面上的一點(diǎn)，監(jiān)測(cè)這一點(diǎn)光強(qiáng)的變化，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理得出衍射效率的變化 曲線，其衍射效率最高點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的，制作完成后的全息凹面光柵也具有最高 負(fù)一級(jí)衍射效率。
全息凹面光柵曝光衍射效率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括He-Ne激光器1，凸透 鏡2、 16、 17，凸透鏡焦點(diǎn)3、 18、 19，全息凹面光柵基底4，光功率計(jì)5， 計(jì)算機(jī)6 (附帶曲線顯示軟件)，He-Cd激光7、 8，曝光前光刻膠9，曝光后 光刻膠IO， He-Cd激光器ll，反射鏡12、 13、 15、三棱鏡14。
如圖1所示，He-Ne激光器1作為全息凹面光柵曝光實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè) 試光源，將He-Ne激光光源，凸透鏡2，全息凹面光柵基底4中心放置在一條 直線上，且平行于水平面，其發(fā)出的平面光波與全息凹面光柵中心軸成^角， 經(jīng)凸透鏡2會(huì)聚到焦點(diǎn)3形成球面發(fā)散光波，球面光波覆蓋且僅覆蓋整個(gè)全 息凹面光柵基片4上的曝光面。
He-Cd激光7、 8為制作全息凹面光柵光源，兩光源經(jīng)兩凸透鏡16， 17分 別會(huì)聚于18， 19形成點(diǎn)光源，在全息凹面光柵基片上干涉，形成明暗相間的 條紋。其中，明條紋處光強(qiáng)強(qiáng)度遠(yuǎn)大于暗條紋處，明條紋處光刻膠分子改變 速率亦遠(yuǎn)大于暗條紋處。改變后的光刻膠10如圖3所示，折射率相比未改變 的光刻膠9 (如圖2)降低，因此隨曝光時(shí)間的增加明條紋處光刻膠折射率也緩慢下降。根據(jù)這一點(diǎn)，我們將曝光后明條紋處的光刻膠厚度等效為一個(gè)低 厚度的暗條紋處的光刻膠，隨著曝光時(shí)間的增加，明條紋厚度等效為暗條紋 的厚度越來起低。進(jìn)一步，我們可以將正在曝光的全息凹面光柵基片等效為
一個(gè)隨曝光時(shí)間增加光柵凹槽不斷降低的全息凹面光柵成品。球面光波2照 射正在曝光的全息凹面光柵基片的曝光面上，其負(fù)一級(jí)衍射光經(jīng)全息凹面光 柵自身的聚焦作用聚集于光功率計(jì)5上。全息凹面光柵凹槽越深，負(fù)一級(jí)衍 射光光強(qiáng)越強(qiáng)，隨曝光時(shí)間的增加，等效后的全息凹面光柵凹槽越來越深，負(fù) 一級(jí)衍射光的光強(qiáng)也越來越大，直到明條紋處光刻膠分子不再改變時(shí)，此時(shí) 負(fù)一級(jí)衍射光光強(qiáng)最高，曝光完成。如果繼續(xù)曝光，隨著時(shí)間的增加暗條紋 處光刻膠分子繼續(xù)緩慢改變，但此時(shí)明條紋處光刻膠分子己不再改變，明條 紋處等效為暗條紋處光刻膠厚度會(huì)緩慢變高，負(fù)一級(jí)衍射光強(qiáng)會(huì)緩慢降低， 如圖4所示。
如圖5所示，He-Cd激光器ll發(fā)出一束He-Cd激光經(jīng)反射鏡12反射到三棱鏡 14上分為兩束光強(qiáng)相近的相干光束，再分別經(jīng)反射鏡13、 15反射到兩凸透鏡 16、 17擴(kuò)束，在全息凹面光柵基片的曝光面上進(jìn)行曝光。
權(quán)利要求1、一種全息凹面光柵曝光衍射效率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括He-Ne激光器、凸透鏡、帶串口連接的光功率計(jì)、計(jì)算機(jī)、He-Cd激光，其特征在于，在一個(gè)由He-Cd激光作為全息凹面光柵光源的曝光光路中，將He-Ne激光監(jiān)測(cè)光源，凸透鏡，全息凹面光柵中心放置在一條直線上，且平行于水平面，帶串口連接的光功率計(jì)接收監(jiān)測(cè)光源He-Ne激光經(jīng)凸透鏡擴(kuò)束后在全息凹面光柵衍射聚焦后的負(fù)一級(jí)衍射光的光強(qiáng)，并將光強(qiáng)信號(hào)送入計(jì)算機(jī)處理，得出衍射效率的變化曲線。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全息凹面光柵曝光衍射效率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征 在于，所述監(jiān)測(cè)光源He-Ne激光發(fā)出的平面光波與全息凹面光柵中心軸所成 e角度在零度與二十度之間，且與水平面平行。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全息凹面光柵曝光衍射效率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征 在于，所述監(jiān)測(cè)光源He-Ne激光經(jīng)凸透鏡擴(kuò)束后的球面光波覆蓋全息凹面光 柵曝光面且僅覆蓋全息凹面光柵曝光面。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全息凹面光柵曝光衍射效率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征 在于，所述監(jiān)測(cè)光源He-Ne激光垂直入射到凸透鏡上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全息凹面光柵曝光衍射效率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征 在于，帶串口連接的光功率計(jì)的接收面放置在全息凹面光柵負(fù)一級(jí)衍射聚焦 點(diǎn)上。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種全息凹面光柵曝光衍射效率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括He-Ne激光器、全息凹面光柵、凸透鏡、帶串口連接的光功率計(jì)、計(jì)算機(jī)、He-Cd激光，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)全息凹面光柵曝光時(shí)的負(fù)一級(jí)的衍射光光強(qiáng)來控制全息凹面光柵制作過程中曝光的最佳曝光量，達(dá)到制作完成后的全息凹面光柵具有最佳負(fù)一級(jí)衍射效率的目的。具有光強(qiáng)利用率高，裝置簡(jiǎn)單，容易拆卸，沒有復(fù)雜的光路調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01J3/18GK201364396SQ20092006853
公開日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2009年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月6日
發(fā)明者倪爭(zhēng)技, 俊 夏, 夏紀(jì)朝, 莊松林, 張大偉, 皮道銳, 黃元申 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)