[发明专利]平面双闪耀光栅的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种衍射光学元件的制作方法，具体涉及平面双闪耀光栅的刻划制作方法。

背景技术

衍射光栅是一种应用极其广泛并且非常重要的高分辨率的色散光学元件，广泛地应用于单色仪、光谱分析、光通信技术和光计量技术等科学领域。在光谱仪器中，光栅是光谱分析中精度要求极高的核心元件，自从光栅研制成功且大量应用后，衍射光栅几乎代替了以前的棱镜而作为新一代的光谱仪器的色散元件，光栅的精度及其衍射波长等因素对天文、航天、医药、地质等科学技术领域有着深刻的影响。

一般的衍射光栅只有一个衍射角，众所周知，入射光的大部分光波能量都集中在零级方向上，却无法把各种波长分开，而在具有色散功能的较高级次上的光强又很微弱。在实际应用中，都需要根据不同的应用将尽可能多的入射光能量集中在某一特定的衍射级次上。因此就需要根据光栅的不同应用条件，计算出光栅的衍射角度，确定其槽型，使得光栅衍射的主极大方向与整个光栅理论计算的衍射级次方向一致，将衍射光能量从零级方向转移到所设计的特定级次上。从这个特定级次上探测到的光谱强度最大，这种现象就是闪耀，这种光栅称作闪耀光栅。另一方面，随着科学技术的发展，为了适应光谱仪器向微型化、集成化的方向发展，对双闪耀光栅的研究也越来越多，因为双闪耀光栅可以在较宽的波段上（例如从紫外到可见波段）都获得较高的衍射效率，减少同一光谱仪器的光栅使用数量，简化光谱仪的结构，具有比较广阔的市场前景。

目前，双闪耀光栅的主要制作方法是在一把刻刀上研磨两个不同角度的刀刃，这在磨刀技术上存在着较大的困难；另一方法是在中途更换刻刀，但这样更换刻刀会因为产生振动和刻刀位置衔接不合适而导致刻线的连接误差，无法保证光栅的衍射波前，降低了光栅的衍射效率；还有另外一种方法就是利用全息方法制作双闪耀光栅，中国发明专利“一种全息双闪耀光栅的制作方法”，专利号：201110318711，该方法便于实现，但是这种全息制作方法蚀刻的刻槽形状难以控制，槽面比较粗糙，衍射效率比较低，有时难以满足光谱仪的运用要求。

发明内容

为了克服以上所述的现有技术的缺陷，本发明提供一种平面双闪耀光栅的制作方法，改进了从A闪耀区到B闪耀区精密过渡时的刻刀更换方法，在更换过程中设计了高精度的圆盘旋转结构，一次性地刻划出双闪耀光栅，精确地实现双闪耀角的控制，提高光栅的衍射效率。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种平面双闪耀光栅的机械刻划制作方法，包括A闪耀区和B闪耀区光栅的刻划，具体步骤是：

（1）A闪耀区光栅的刻划

a、在清洁除尘后的平面玻璃基底上先后镀上一层铬膜和一层铝膜；

b、刻划机构的旋转圆盘的竖直方向的刀桥上安装两把刻刀，每把刻刀研磨的刀刃角度均与设计所需的刀刃角度一致；

c、将平面玻璃基底放置在以丝杠为牵引机构的横向分度工作平台上，启动电机进行预刻划，用电子显微镜观察预刻划的槽型，根据槽型调节刻刀的刀角倾度和后角高度获得所需槽型，然后固定好基底，并在其表面滴上硅油；

d、工作平台带动光栅基底作进给量为一个光栅常数d的横向分度运动，刀桥带动第一刻刀1往复作竖直方向上的刻划运动，如此周而复始，完成A闪耀区光栅的刻划；

（2）B闪耀区光栅的刻划

a、A闪耀区光栅的刻划完成后，停止电机，旋转装有两把刻刀的旋转圆盘，把第二刻刀2旋转到第二刻刀1的位置，并固定好；

b、启动电机，工作平台继续带动光栅基底作进给量为一个光栅常数d的横向分度运动，刀桥带动第二刻刀2往复作竖直方向上的刻划运动，直到完成B闪耀区光栅的刻划；

（3）完成A闪耀区和B闪耀区光栅的刻划后取出光栅清洗残余的硅油，制得双闪耀光栅。

在A闪耀区光栅的刻划的步骤a中，所述平面玻璃基底尺寸为100mm×50mm，铬膜厚度为100nm，铝膜厚度为1um。

上述步骤中在所用的旋转圆盘上制作两个在同一直线上的刀架，并在沿着刀架中垂线方向的旋转圆盘边缘各制作一个旋转时精密固定刻刀的位置的卡口。

上述步骤中，从平面玻璃基底的A闪耀区到B闪耀区的刻划动作是连续刻划的。

工作平台的横向分度运动通过光栅尺对丝杆的精密细分实现，刻划机构的竖向运动通过伺服电机带动连接刀桥的传动皮带引导刻刀实现刻划动作。

安装在刻划机构的旋转圆盘上的刻刀，其垂直距离大于50mm。