Способ изготовления дифракционных оптических элементов

(504 О 02 В 27 ГОСУД АРС ПО ДЕЛАМ ННЫЙ КОМИТЕТ СССРзОБРетений и ОтнРытий ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ( 71) Институт автоматики и электрометрии СО АН СССР(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИФРАКЦИОН НЫХ ОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ(57) Изобретение относится к оптическому приборостроению и позволяет уменьшить брак и повысить точность выполнения топологии. Способ основа на экспонировании нанесенной на оптическую подложку 7, установленную 801280560 на шпинделе 8, тонкои пленки и пос.ледующей обработки в химическом травителе. Одновременно с экспонированием измеряют локальное изменение коэффициента отражения пленки под действием излучения с помощью вспомогательных световых пучков, после отражения от поверхности пленки поступающих последовательно на светоделитель 4, зеркало 5, фокусирующий объектив 6 и на фотоприемники 10 и 11. По измеряемой величине выбирают мощность светового пучка для получения необходимой величины изменения коэффициента отражения и изменяют с помощью модулятора 2 мощностье светового пучка так, чтобы локальное изменение коэффициента отражения пленки было постоянным по всей экспо- а нируемой поверхности. 2 ил.10 15 го 25 ЗО 35 40 45 50 1 12Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к способам изготовления дифракционных оптических элементов (ДОЭ): зонных пластинок Френеля, кольцевых и радиальных дифракционных решеток, шкал, сеток, растров, кодовых дисков и т.д.Целью изобретения является уменьшение брака и увеличение точности выполнения топологииНа фиг. 1 изображена схема устройства,фреализующего способ; на фиг2 - расположение точек фокуси" ровки световых пучков на поверхности пленки; на фиг. 3 - зависимости коэффициента отражение пленки хрома от длины волны и плотности мощности светового потока.Устройство для реализации способа состоит, например, иэ оптически связанных источников света (лазера)с модулятором 2, дифракционной решетки 3, светоделителя 4, зеркала 5, Фокусирующего объектива 6. В фокаль ной плоскости объектива 6 расположена пленка светочувствительного вещества (например металла - хрома, титана, молибдена и т.д.), нанесенная на оптическую подложку . Подложка установлена на торце 8 шпинделя, связанного с приводом 9 вращения. Свето" делитель 4 оптически связан с двумя Фотоприемниками 10 и 11, электрические выходы которых через делитель 12 связаны с входом блока 13 управления устройством (электронная вычислительная машина).Элементы 3-6, 10, 11 установлены на подвижной платформе 14, связанной с приводом 15 перемещения. Приводы перемещения 15 и вращения .9, а также модулятор 2 связаны с управляющейЭВИ 13.На выходе решетки 3 световой поток разлагается на три пучка: основной, распространяющийся вдоль опти" ческой оси, и два вспомогательных, , распространяющихся под углом к оптической оси. Вспомогательные пучки света лежат в плоскости, перпендикулярной плоскости перемещения подвижной платформы, и в них концентрируется 107. общего светового потока. Взаимное расположение точек фокусировки световых пучков на поверхности светочувствительной пленки при" ведено на Фиг, 2. Направление движения пленки показано стрелкой. Точки 80560 2 фокусировки вспомогательных пучков 16 и 17 расположены по обе стороны (по направлению движения) относительно основного пучка 18, с помощью которого осуществляется экспонирование пленки. Расстояние 1 между точками фокусировки равно 5-10 их диаметрам (т.е. порядка 5-10 мкм).Согласно предлагаемому способу мощность экспонирующего светового потока изменяют с тем, чтобы степень физико-химических изменений в пленке оставалась постоянной по всей "поверхности вне зависимости от линейной скорости перемещения, толщины пленки, состояния ее поверхности, адгезии кподложке, и т.д. Для определения требуемого закона управления мощностью светового потока используют то, что физико-химические изменения в пленке под действием излучения сопровождаются изменением ряда ее оптических констант, в том числе коэффициента отражения. На фиг. 3 приведены полученные экспериментально с помощью спектрофотометра зависимости коэффициента отражения Вз экспонирозанной пленки хрома (толщина 1000 А) от длины волныи плотности мощности светового потока (2,2 10 Вт/см - кри 6 % вая 19; 3 О Вт/см - кривая 20), нормированные по отношению к коэффициенту отражения В неэкспонированной пленки.Из приведенных кривых 19 и 20 следует, что наибольшее изменение коэффициента отражения наблюдается в коротковолновой области спектра. На 488 нм (длина волны записи) уменьшение составляет 5-107 в зависимости от плотности мощности светового потока. Измерение коэффициентов отражения В и В производится с помощью вспомогательных световых пучков 16 и 17 (фиг. 2), которые после отражения от поверхности пленки проходят элементы 4-6 устройства (Фиг. ) и поступают соответственно на входы фотоприемников 10 и 11. Напряжение на выходах последних составляет11 о То Вз( )К д з(1)Ц =Т,-В(1-т)К ,где 1 - интенсивность светового потока на входе светоделителя с коэффициентом пропусканияТ;К и К - коэффициенты передачи фотоприемников О и 11.Делитель 12 вычисляет отношение этих напряженийД: 1 о: ,у. -1.1 К В(2)Н н1Величина И не зависит от интен сивности светового потока 1 , а зависит только от отношения коэффициентов отражения пленки и коэффициентов передачи фотоприемников. Если К = =К =сопз 1, то-Вэд эВнЕсли плотность мощности светового потока в пучке 18 меньше порога начала физических изменений в пленке, то величина 0=1(Вэ=В 1,). При увеличении мощности величина И постепенно уменьшается. Оптимальное значение величины И для хромовой пленки составляет 0,9-. 0,98. Текущее значение И с выхода блока 12 поступает в управляющую ЭВМ 13, которая с помощью оптического модулятора 2 управляет величиной мощности светового потока с тем, чтобы по всей экспонируемой25 поверхности значение И было постоянным, т.е, реализуется цепь следящей обратной связи.Первоначальный выбор амплитуды экспонирующих импульсов для получения необходимой величины локального изменения коэффициента отражения тонкой пленки производят вне зоны формируемой топологии элемента, увеличивая мощность экспонирующего излуче иия до получения требуемой степени физико-химических излучений. Таким образом, исключается ошибка в выполнении первого экспонируемого участка топологии ДОЭ.П р и м е р 1. Изготовление элемента с кольцевыми зонами (кольцевые дифракционные решетки, пространственные фильтры, диаграммы и т.д.).После установки подложки с плен кой и приведения шпинделя во вращение управляющая ЭВМ позиционирует платформу 14 так, чтобы область фокусировки излучения находилась вне зоны формируемой топологии элемента. 50Мощность светового потока с помощью модулятора 2 постепенно увеличивается, пока величина Б не достигнет необходимой величины, например 55 0,95. Установка необходимого коэффициента отражения пленки осуществляется эа один оборот шпинделя. Затем ,модулятор 2 отключается, а управляющая ЭВМ 13 запоминает уровень сигнала. После этого платформа 14 передвигается к первой внешней зоне изготовляемого элемента. На вход модулятора 2 подается сигнал управления, и сфокусированный пучок света экспонирует на пленке кольцевую дорожку. В пределах оборота мощность светового луча непрерывно меняется с тем, чтобы величина И была постоянна. Далее платформа 14 перемещается, и процесс экспонирования повторяется.П р и м е р 2, Изготовление элемента с радиальными штрихами или сегментами кольцевых зон (радиальные решетки, растры, угловые шкалы, кодовые диски, лимбы и т.д.)Первоначальный выбор мощности излучения производят так же, как в примере 1. Далее при экспонировании пленки в зоне топологии элемента ЭВМ в зависимости от углового положения подложки осуществляют синхронную с вращением шпинделя 8 импульсную модуляцию лазерного излучения. Таким Образом, радиальные штрихи, получаемые данным способом, состоят из перекрывающихся сегментов колец необходимой длины.После экспонирования осуществля" ется обработка пленки в химическом травителе. Травление пленок хрома может осуществля;ься в 253-ном водном растворе едкого натра и ферроцианида калия в соотношении компонентов 1;4Формула изобретенияСпособ изготовления дифракционных оптических элементов, включающий экспонирование пленки, нанесенной на оптическую подложку, движущимся сфокусированным световым пучком с изменяемой мощностью и последующую химическую обработку, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью уменьшения брака и повышения точности выполнения топологии, измеряют локальное изменение коэффициента отражения пленки под действием излучения, выбирают мощность светового пучка в соответствии с требуемой величиной локального изменения коэффициента отражения пленки, а изменение мощности светового пучка осуществляют при условии сохранения постоянства локального изменения коэффициента отражения пленки под действием излучения по всей экспонируемой поверхности.1280560 оставитель В. Кравченкехред Н.Глущенко орректор М. Демчик дакто ыбченк каэ 7063/51 Тираж 50 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, РаушсПодписно митета СССткрытий аб., д. ское оизводственно-полигр риятие, г, Ужгород, ул, Проектная, 4