[发明专利]衍射器件、分光装置和衍射器件的制造方法

说明书

本发明涉及衍射器件、分光装置和衍射器件的制造方法。衍射器件包括ZnS构件和耦合到ZnS构件的ZnSe构件，并且，衍射光栅被设置在ZnSe构件上。

技术领域

本发明涉及衍射器件、分光装置和衍射器件的制造方法。

背景技术

相位衍射光栅是这样一种衍射光栅，即，各光栅槽的形状形成为锯齿形(闪耀(blazed)形)、正弦波形或矩形波形等，以在光栅的一个周期内为入射光提供相位差，使得可以根据应用选择衍射光强度特性。闪耀衍射光栅是包括分别具有三角形截面的光栅槽的相位衍射光栅。借助于用于转印(transfer)工具形状的刻划(ruling)、通过定向束的刻蚀、使用研磨石的研磨或使用金刚石刀(diamond bite)的切削，形成分别具有预定截面形状的光栅槽，来制造闪耀衍射光栅。

在许多情况下，由晶体材料制成并通过切削制造的闪耀衍射光栅是被设计为使用高阶衍射光的衍射光栅。因此，为了获得良好的光学性能，需要执行机械加工从而以延性模式形成光栅槽。在延性模式与脆性模式之间的边界处存在临界切削厚度。临界切削厚度取决于晶体滑动面的晶体取向与加工面之间的关系、晶轴与切削方向之间的关系以及晶轴与切削力方向之间的关系(取决于工具前角(tool rake angle)和切削方向)。例如，日本专利公开No.2003-075622描述了通过在使用单晶金刚石刀的同时对由Si或Ge制成的晶体材料执行超精密切削来形成光栅槽。

当通过使用金刚石工具的机械加工制造由半导体材料制成的衍射光栅(诸如闪耀衍射光栅)时，材料特有的脆性模式加工面趋于在加工中占主导地位。为了获得衍射光栅所需的形状精度、尺寸精度和表面粗糙度，必须在延性模式的加工条件下实现加工。此外，衍射光栅的结构体具有根据所使用的波长的尺寸。可用于某个应用中的衍射光栅具有非常长的光栅长度，这导致需要加工的距离非常长。这导致工具磨损，并使得难以获得希望形状的衍射光栅。由于难以获得大的单晶，因此，大的ZnS和ZnSe材料中的每一个一般具有多晶结构体。多晶结构体是精细的单晶结构体的集合，因此在多晶结构体中无法与单晶中一样定义独特的晶体取向关系，但在适当的条件下仍存在临界切削厚度。

已知存在整形方法，在该整形方法中，具有与衍射光栅的槽面的分散方向(与槽延伸方向正交的方向)上的截面形状相同的截面形状的金刚石刀在与分散方向正交的方向(槽延伸方向)上平移，以将其形状转印到材料。在整形方法中，当在衍射光栅中形成分别具有约200nm～200μm的深度的槽时，为了获得良好的光学表面，需要设定等于或小于临界切削厚度的最大切削厚度，并重复加工几十到几百次。因此，需要切削的总距离不仅仅是光栅的总长度，而是光栅长度的几十到几百倍。因此，可以说，通过使用导致不可忽略的工具磨损的材料获得实用的衍射器件是极其困难的。在旋转金刚石工具以执行加工的飞切方法中，通过根据旋转速度调整槽方向上的行进速度，设定等于或小于临界切削厚度的最大切削厚度。因此，金刚石工具的尖端部分被迫与材料有许多接触，这也导致磨损问题。

在更换磨损工具的同时继续材料的加工是常见的方法。然而，为了获得优异的衍射效率，必须具有使得衍射光栅的间距或形状为几纳米到几微米的精度。因此，在加工过程中更换和调整工具，存在许多困难且需要长的时间。

在加工ZnS(硫化锌)时，金刚石工具磨损严重。因此，即使使用临界切削厚度作为参数，也不能避免由工具磨损导致的形状误差和缺陷，并且也不能避免由加工引起的衍射光栅的光学性能的劣化。另一方面，在加工ZnSe(硒化锌)时，金刚石工具的磨损小，使得可以在使用临界切削厚度作为参数的同时加工具有稳定的光学性能的衍射光栅。

另一方面，从光学特性的观点看，ZnS即使在近红外区域(750nm)附近也具有高透射率，但ZnSe在近红外区域附近具有大的光吸收。在由ZnSe形成的衍射光栅中，厚度大于10mm的器件难以实现高效率。

发明内容

本发明提供有利于促进衍射光栅制造的技术。