基于二元光学方法制作微环形光栅及阵列

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环形光栅由于它的光谱结构的特殊性,它在光谱分析、光通信、光学信息处理、工业计量、宇宙工程等方面有广泛的应用前景。在国外,环形光栅作为半导体激光器的滤波器件一直是研究的热点;在国内,环形光栅主要用在测量和扫描全息方面。目前,制作环形光栅的方法主要有机械刻划法,干涉法,电子束刻蚀法等。但机械刻划法制作成本高,精度差,效率低;干涉法则需要用圆锥镜,而圆锥镜加工困难,加工精度也难以达到要求;电子束刻蚀法需要复杂且极其昂贵的设备,生产周期长。鉴于此,本文提出了利用数字微镜(Digital Micro- mirrorDevice,简称DMD)系统来制取环形光栅及阵列环形光栅的新方法,这是一种基于二元光学的方法,其在理论和实践上都有一定的创新意义。 本论文提出的利用DMD 系统来制取环形光栅及阵列环形光栅的新方法,是基于DMD 芯片空间光调制特性的,即DMD 芯片能够根据输入到其中图形的灰阶等级控制反射曝光量。利用VC 编程,首先设计出环形光栅的模拟软件,环形光栅的半径和台阶数可调;然后将图形输出到DMD 芯片,利用DMD 芯片的空间光调制特性,根据环形光栅的灰阶等级控制反射曝光量;经精缩投影曝光,将经DMD芯片调制的反射光照射到涂有光刻胶的玻璃基板上,再经过显影、定影、刻蚀即可获得环形光栅。这种方法可以方便的调整环形光栅的半径,以及台阶数,还可制作出环形光栅阵列,为把环形光栅集成到光电系统中提出了一种切实可行的方法。相对于机械刻划法、干涉法和电子束刻蚀法,二元光学的方法可以方便,高效,低成本地制作环形光栅。通过理论分析和实验结果充分证明了该方法的可行性。 本论文首先讨论了环形光栅的菲涅耳衍射和夫朗和费衍射,得出环形光栅的夫朗和费衍射场具有环形分立谱结构,它还具有径向色散作用;还对利用DMD 系统制取环形光栅的制作工艺参数进行了摸索,通过大量的对比实验,基本确定环形光栅的制作工艺参数;制作出了二阶、四阶和环形光栅阵列;并且分析了影响DMD 系统制作精度的各种误差因素,并分别针对各种因素提出了相对应的误差修正或补偿的方法。
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