凸面闪耀光栅的设计及其制作

摘要

本文围绕凸面闪耀光栅的特点和制作展开了理论和实验研究,主要包含了以下几方面的内容:
　　 首先,介绍了研究凸面光栅的意义和国内外凸面光栅的研究进展,并讨论了离子束刻蚀对于掩模制作的重要意义,介绍了离子束刻蚀的国内外研究现状。
　　 理论计算方面,对严格耦合波理论作了较为详细介绍,根据其自行编写了计算程序,对矩形槽、锯齿形槽两种平面光栅的衍射效率进行了深入研究。研究表明,占宽比、槽深和闪耀角对光栅的衍射效率影响较大,在相同的光栅周期条件下,闪耀光栅相对于矩形槽光栅具有更高的衍射效率。同时分析并计算出凸面光栅的衍射效率。
　　 材料刻蚀特性方面,综合叙述了离子束刻蚀技术的原理和离子源工作原理,简单介绍了离子束刻蚀的分类及常见的工艺参数。深入研究了光刻胶和K9玻璃等光学材料离子束刻蚀特性。分别以Ar、CHF3为工作气体,研究了两种材料的刻蚀速率与离子能量、离子束入射角度的变化关系,得到了刻蚀速率与影响因素的拟合方程,为离子束刻蚀光栅提供实验依据和理论指导。
　　 工艺制作方面,采用Ar+离子束掠入射刻蚀光刻胶光栅掩模制作闪耀光栅的工艺方法。为了获得好的刻蚀闪耀光栅,必须首先制作出符合刻蚀条件的光刻胶光栅掩模。详述小闪耀角平面光栅刻蚀的制作工艺,在此基础上对刻蚀机工件台进行改造,制作出了约4°闪耀角的凸面光栅。实验表明,采用该工艺能重复制作出槽形近似为三角形的闪耀光栅,闪耀角的控制精度达到±10％。
　　 实验测试方面,将刻蚀好的平面及凸面闪耀光栅表面镀铝反射膜,对样品光栅的正一级衍射光进行衍射效率的测量。在可见光波段内,平面闪耀光栅的最大衍射效率超过60％,凸面闪耀光栅的最大衍射效率可达50％左右。