Устройство для изготовления периодических структур

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может применяться например, для изготовления шкал и дифракционных решеток. Устройство содержит последовательно установленные и оптически связанные источник 1 когерентного излучения, расширитель 2 пучка, эталонную структуру 3, размещенную на каретке 9, которая установлена с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном штрихам эталонной структуры, равноудаленные от этой структуры объективы 4 и 5 с равными фокусными расстояниями, оптические оси которых параллельны и лежат в плоскости, перпендикулярной штрихам эталонной структуры 3. Устройство также содержит две диафрагмы 7 и 8, размещенные в общей задней фокальной плоскости объективов 4 и 5 на пути порядков дифракции, реализуемой на эталонной структуре, объектив 6, передняя фокальная плоскость которого совмещена с общей задней фокальной плоскостью объективов 4 и 5. Оптическая ось параллельна оптическим осям объективов 4 и 5, является осью их симметрии и пересекает эталонную структуру 3 в точке пересечения последней с осью расширителя 2. При этом оптическая ось расширителя 2 ориентирована под углом Θ относительно нормали к эталонной структуре 3, диафрагмы 7 и 8 размещены на пути симметричных относительно оси объектива 6 нулевого и первого порядков дифракции на расстояниях R от оси объектива 6, а сам объектив 6 расположен на расстоянии D от объективов 4 и 5. Приведены соотношения для вычисления угла Θ в зависимости от длины λ волны источника 1 и пространственной частоты ν эталонной структуры 3, а также для вычисления расстояния D в зависимости от расстояния A между осями объективов 4 и 5 и от угла Θ и расстояния R в зависимости от этого угла и от фокусного расстояния F объективов 4 и 5. За объективом 6 на подвижной каретке 9 установлена заготовка 10 со светочувствительным слоем, на котором при перемещении каретки записывается периодическая структура с частотой ν. Изобретение обеспечивает возможность тиражирования структур с пространственной частотой, равной частоте ν эталонной структуры 3. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

{я)5 6 02 В 27/42

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ юй (21) 4638737/10 (22) 16.01.89 (46) 15.07.91. Бюл. ¹ 26 (71) Институт электроники АН БССР (72) B.À.Ïèëèïoâè÷, А,В,Романов, B.Ô,ßðмалицкий и А.И. Богданоаи . (53) 535.853.31 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 120561, кл. G 02 В 27/42, 04.11.85.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1420585, кл, G 02 В 27/42; 02.12,86, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

ПЕРИОДИЧЕСКИХ СТРУКТУР (57) Изобретение относится к оптическому приборостроению и может применяться, например, для изготовления шкал и дифракционных решеток. Устройство содержит

„„5U„„1663599 А1 последователоьно установленные и оптически связанные источник 1 когерентного излучения, расширитель 2 пучка. эталонную структуру 3, размещенную на каретке 9, которая установлена с воэможностью перемещения в направлении, перпендикулярном штрихам эталонной структуры, равноудаленные от этой структуры обьективы 4 и 5 с равными фокусными расстояниями, оптические оси которых параллельны и лежат в плоскости, перпендикулярной штрихам эталонной структуры 3. Устройство также содержит две диафрагмы 7 и 8, размещенные в общей задней фокальной плоскости объективов 4 и 5 на пути порядков дифракции, реализуемой на эталонной структуре, объектив 6, передняя фокальная плоскость которого совмещена с общей задней фокальной

1663599 г= ftg О, 10

d =

2tg0 (2) 20

О = arcsin -2-, АV

25 плоскостью объективов 4 и 5. Оптическая ось параллельна оптическим осям объективов 4 и 5, является осью их симметрии и пересекает эталонную структуру 3 в точке пересечения последней с осью расширителя 2, При этом оптическая ось расширителя

2 ориентирована под углом О относительно нормали к эталонной структуре 3, диафрагмы 7 и 8 размещены на пути симметричных относительно оси объектива 6 нулевого и первого порядков дифракции на расстояниях r от оси обьектива 6, а сам объектив 6 расположен на расстоянии d от объективов

4 и 5, Приведены соотношения для вычисления угла Ов зависимости от длиныil волны источника 1 и пространственной

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано, например, для изготовления шкал и дифракционных решеток, Цель изобретения — обеспечение возможности тиражирования структур с пространственной частотой, равной частоте эталонной структуры.

На чертеже изображена схема устройства.

Устройство содержит источник 1 когерентного излучения, расширитель 2 пучка, эталонную структуру 3, объективы 4-6, диафрагмы 7 и 8 и подвижную каретку 9, на которой за объективом 6 установлена заготовка 10 со светочувствительным слоем.

Расширитель 2 расположен на пути пучка от источника 1 излучения, За расширителем 2 установлена оптически связанная с ним эталонная структура 3, Оптическая ось расширителя ориентирована под углом О относительно нормали к эталонной структуре, определяемым из соотношения где 1 — длины волны источника 1 излучения; м — пространственная частота эталонной структуры 3.

За эталонной структурой 3 установлены равноудаленные от нее обьективы 4 и 5 с равными фокусными расстояниями. Оптические оси объективов 4 и 5 параллельны и лежат в плоскости, перпендикулярной штрихам эталонной структуры 3; Диафрагмы 7 и 8 установлены в общей задней фокальной плоскости объективов 4 и 5 на пути симметричных относительно оптической оси объектива 6 нулевого и первого порядчастоты v эталонной структуры 3, а также для вычисления расстояния d в зависимости от расстояния а между осями объективов 4 и 5 и от угла О и расстояния r в зависимости от этого угла и от фокусного расстояния объективов 4 и 5. За объективом 6 на подвижной каретке 9 установлена заготовка

10 со светочувствительным слоем, на котором при перемещении каретки записывается периодическая структура с частотой v.

Изобретение обеспечивает возможность тиражирования структур с пространственной частотой, равной частоте v эталонной структуры 3, 1 ил. ков дифракции, реализуемой на эталонной структуре 3, на расстояниях от оси объектива 6 где f — фокусное расстояние объективов 4 и

5.

Объектив 6 размещен на расстоянии d от обьективов 4 и 5, которое определяется соотношением где а — расстояние между оптическими осями объективов 4 и 5, Оптическая ось обьектива 6 параллельна оптическим осям объективов 4 и 5, является их осью симметрии и пересекает эталонную структуру 3 в точке пересечения последней с осью расширителя 2, Передняя фокальная плоскость объектива 6 совмещена с общей задней фокальной плоскостью объективов 4 и 5. Эталонная структура 3 размещена на каретке 9, которая установлена с возможностью перемещения в направлении,.перпендикулярном штрихам эталонной структуры 3. На подвижной ка30 ретке 9 за объективом 6 установлена также заготовка 10.

Устройство работает следующим образом.

Выходящий из источника 1 когерентно35 го излучения пучок расширяется системой 2 и падает на эталонную структуру3 подуглом

О к ее нормали. Величина угла Оопределяется, исходя из требования симметричности нулевого и первого порядков дифракции от40 носительно оптической оси объектива 6. Для выполнения этого условия угол дифракции

1663599

45 г= йдд б = а/2сд 0

55 пучка первого порядка р должен быть равен углу 0.

Испытав дифракцию на структуре 3, пучок проходит объективы 4 и 5, в фокальной плоскости которых формируются две системы дифракционных порядков. Диафрагмы 7 и 8 пропускают два порядка (по одному от каждой системы), диафрагма 7 — нулевой, диафрагма 8 — первый, которые попадают в объектив 6. За объективом 6 под углом 20 друг к другу распространяются два коллимированных пучка, которые формируют интерференционную картину в плоскости заготовки 10. Пространственная частота интерференционной картины равна пространственной частоте эталонной структуры, т,е. . Одновременно система объективов 4-6 осуществляет оборачивание волновых фронтов дифрагировавших на эталонной структуре 3 пучков на 180 . При перемещении каретки 9 с эталонной структурой 3 и заготовкой 10 полосы в интерференционной картине остаются неподвижными относительно поверхности заготовки и по ее длине формируется периодическая структура. . Пример. В качестве источника взят

Не-Ne-лазер ЛГН-215 (Л = 0,633 мкм), Пройдя расширитель 2 с увеличением., равным 3, пучок диаметром 6 мм падает на эталонную структуру 3, период которой равен 5 мкм, под углом О, равным 3,6 . Испытав дифракцию на эталонной структуре, пучок проходит объективы 4 и 5 (фокусное расстояние

20 мм), расстояние между осями которых 10 мм. В месте фокусировки нулевого и первого порядков дифракции после объективов 4 и 5 установлены диафрагмы 7 и 8, имеющие отверстия диаметром 10 мкм. На расстоянии d от объективов 4 и 5 установлен объектив 6. Расстояние определяется из выражения (2). При а = 10 мм; ю = 200 лин/мм; Л = 0,633 мкм d =79,2 мм. Так как передняя фокальная плоскость объектива 6 совпадает с задней фокальной плоскостью объективов 4 и 5, его фокусное расстояние равно 79,2 - 20 = 59,2 мм. В результате интерференции прошедших объектив 6 параллельных пучков в плоскости заготовки формируется интерференционная картина, пространственная частота которой равна

v или 200 лин/мм. Эталонная структура и заготовка размещены на каретке прецизионного устройства перемещения с аэродинамическими направляющими. При перемещении каретки, например, с помощью линейного электроддвигателя по длине заготовки формируется периодическая структура.

5 Формула изобретения

Устройство для изготовления периодических структур, содержащее последовательно установленные и оптически связанные источник когерентного излуче10 ния, расширитель пучка, эталонную структуру. размещенную на каретке, которая установлена с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном штрихам эталонной структуры, равноудаленные

15 от этой структуры первый и второй обьективы с равными фокусными расстояниями, оптические оси которых параллельны и лежат в плоскости, перпендикулярной штрихам . эталонной структуры, две диафрагмы, раэ20 мещенные в общей задней фокальной плоскости первого и второго объективов, третий объектив, передняя фокальная плоскость которого совмещена с общей задней фокальной плоскостью первого и второго

25 объективов, а оптическая ось параллельна оптическим осям первого и второго объективов является их осью симметрии и пересекает эталонную структуру в точке пересечения последней с осью расширите30 ля, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения возможности тиражирования структур с пространственной частотой, равной частоте эталонной структуры, оптическая ось расширителя ориентирована под

35 углом 0 относительно нормали к эталонной структуре, равным;

40 где Л- длина волны источника излучения; м — пространственная частота эталонной структуры, диафрагмы размещены на расстояниях от оси третьего объектива, где f — фокусное расстояние первого и второго объективов, а третий объектив располо- 50 жен на расстоянии от первого и второго объективов, где а— расстояние между оптическими осями первого и второго объективов.