平面雙閃耀光柵的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種平面雙閃耀光柵的制作方法，其步驟為：a、在對平面玻璃基底進行除塵清潔后先后在其表面分別鍍上鉻膜和鋁膜；b、把刻刀安裝在光柵刻劃機上，同時將基底放置在工作平臺上；c、啟動電機進行預刻劃，利用電子顯微鏡觀察預刻劃的槽型，根據槽型調節好刻刀的刀角傾度和后角高度獲得理想槽型，固定好基底在其表面滴上硅油；d、固定好刻刀開始正式刻劃，當刻好第一衍射角的光柵后停止電機，旋轉選擇第二把刻刀固定好位置后開始第二衍射角的光柵的刻劃工作；e、完成刻劃工作后取出光柵清洗殘余的硅油，制得雙閃耀光柵。本發明適用于普通光柵刻劃機，所制光柵適用于寬波段、體積小、集成化的便攜式光譜儀。
【專利說明】平面雙閃耀光柵的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種衍射光學元件的制作方法，具體涉及平面雙閃耀光柵的刻劃制作方法。
【背景技術】
[0002]衍射光柵是一種應用極其廣泛并且非常重要的高分辨率的色散光學元件，廣泛地應用于單色儀、光譜分析、光通信技術和光計量技術等科學領域。在光譜儀器中，光柵是光譜分析中精度要求極高的核心元件，自從光柵研制成功且大量應用后，衍射光柵幾乎代替了以前的棱鏡而作為新一代的光譜儀器的色散元件，光柵的精度及其衍射波長等因素對天文、航天、醫藥、地質等科學【技術領域】有著深刻的影響。
[0003]一般的衍射光柵只有一個衍射角，眾所周知，入射光的大部分光波能量都集中在零級方向上，卻無法把各種波長分開，而在具有色散功能的較高級次上的光強又很微弱。在實際應用中，都需要根據不同的應用將盡可能多的入射光能量集中在某一特定的衍射級次上。因此就需要根據光柵的不同應用條件，計算出光柵的衍射角度，確定其槽型，使得光柵衍射的主極大方向與整個光柵理論計算的衍射級次方向一致，將衍射光能量從零級方向轉移到所設計的特定級次上。從這個特定級次上探測到的光譜強度最大，這種現象就是閃耀，這種光柵稱作閃耀光柵。另一方面，隨著科學技術的發展，為了適應光譜儀器向微型化、集成化的方向發展，對雙閃耀光柵的研究也越來越多，因為雙閃耀光柵可以在較寬的波段上(例如從紫外到可見波段)都獲得較高的衍射效率，減少同一光譜儀器的光柵使用數量，簡化光譜儀的結構，具有比較廣闊的市場前景。
[0004]目前，雙閃耀光柵的主要制作方法是在一把刻刀上研磨兩個不同角度的刀刃，這在磨刀技術上存在著較大的困難；另一方法是在中途更換刻刀，但這樣更換刻刀會因為產生振動和刻刀位置銜接不合適而導致刻線的連接誤差，無法保證光柵的衍射波前，降低了光柵的衍射效率；還有另外一種方法就是利用全息方法制作雙閃耀光柵，中國發明專利“一種全息雙閃耀光柵的制作方法”，專利號:201110318711，該方法便于實現，但是這種全息制作方法蝕刻的刻槽形狀難以控制，槽面比較粗糙，衍射效率比較低，有時難以滿足光譜儀的運用要求。
【發明內容】
[0005]為了克服以上所述的現有技術的缺陷，本發明提供一種平面雙閃耀光柵的制作方法，改進了從A閃耀區到B閃耀區精密過渡時的刻刀更換方法，在更換過程中設計了高精度的圓盤旋轉結構，一次性地刻劃出雙閃耀光柵，精確地實現雙閃耀角的控制，提高光柵的衍射效率。
[0006]為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是:
一種平面雙閃耀光柵的機械刻劃制作方法，包括A閃耀區和B閃耀區光柵的刻劃，具體步驟是: (1)A閃耀區光柵的刻劃
a、在清潔除塵后的平面玻璃基底上先后鍍上一層鉻膜和一層鋁膜；
b、刻劃機構的旋轉圓盤的豎直方向的刀橋上安裝兩把刻刀，每把刻刀研磨的刀刃角度均與設計所需的刀刃角度一致；
C、將平面玻璃基底放置在以絲杠為牽引機構的橫向分度工作平臺上，啟動電機進行預刻劃，用電子顯微鏡觀察預刻劃的槽型，根據槽型調節刻刀的刀角傾度和后角高度獲得所需槽型，然后固定好基底，并在其表面滴上硅油；
d、工作平臺帶動光柵基底作進給量為一個光柵常數d的橫向分度運動，刀橋帶動第一刻刀I往復作豎直方向上的刻劃運動，如此周而復始，完成A閃耀區光柵的刻劃；
(2)B閃耀區光柵的刻劃
a、A閃耀區光柵的刻劃完成后，停止電機，旋轉裝有兩把刻刀的旋轉圓盤，把第二刻刀2旋轉到第二刻刀I的位置，并固定好；
b、啟動電機，工作平臺繼續帶動光柵基底作進給量為一個光柵常數d的橫向分度運動，刀橋帶動第二刻刀2往復作豎直方向上的刻劃運動，直到完成B閃耀區光柵的刻劃；
(3)完成A閃耀區和B閃耀區光柵的刻劃后取出光柵清洗殘余的硅油，制得雙閃耀光柵。
[0007]在A閃耀區光柵的刻劃的步驟a中，所述平面玻璃基底尺寸為IOOmmX 50mm，鉻膜厚度為lOOnm，鋁膜厚度為lum。
[0008]上述步驟中在所用的旋轉圓盤上制作兩個在同一直線上的刀架，并在沿著刀架中垂線方向的旋轉圓盤邊緣各制作一個旋轉時精密固定刻刀的位置的卡口。
[0009]上述步驟中，從平面玻璃基底的A閃耀區到B閃耀區的刻劃動作是連續刻劃的。
[0010]工作平臺的橫向分度運動通過光柵尺對絲桿的精密細分實現，刻劃機構的豎向運動通過伺服電機帶動連接刀橋的傳動皮帶引導刻刀實現刻劃動作。
[0011]安裝在刻劃機構的旋轉圓盤上的刻刀，其垂直距離大于50mm。
[0012]與現有技術相比，本發明的有益效果是:A閃耀區到B閃耀區的刻刀轉換過程，保持工作平臺固定不動，通過計算好兩把刻刀的分布角度設計好圓盤轉動的卡口位置及精度以達到A閃耀區到B閃耀區刻線的精密過渡，提高了光柵的衍射效率；通過預先設計的A閃耀角和B閃耀角，磨好相應的刻刀刀刃，大大降低了在同一刻刀上研磨雙刀刃的難度，也在刻劃過程中極大地改善了刻線質量和刻劃精度；本發明繼續采用普通刻劃機的總體結構，僅僅在刻劃機構上做重新設計并可直接安裝在原來的刻劃機上，降低了成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明的平面雙閃耀光柵制作示意圖；
圖2是本發明的雙閃耀光柵刻劃俯視示意圖；
圖3是本發明的雙閃耀光柵刻劃側視示意圖。
【具體實施方式】
[0014]以下結合附圖詳細描述本發明的平面雙閃耀光柵的刻劃制作方法。本領域技術人員應當理解，以下描述的實施例僅是對本發明的示例性說明，而非用于對其作出任何限制。[0015]如圖1至圖3所示，平面雙閃耀光柵的制作方法，具體步驟為:
以普通的光柵刻劃機為制作機器，該光柵刻劃機的主要部件包括進行橫向分度運動的工作平臺，由刀橋8引導往復運動的刻劃機構，刻劃機構上設計安裝有在同一直線上固定兩把刻刀的旋轉圓盤6結構，可根據不同的光柵條件更換選擇不同刀刃角度的刻刀。對旋轉圓盤6的設計要求是計算確定好兩把刻刀的刀架7中垂線方向對應的圓盤邊緣的卡口的位置，保證旋轉圓盤6后刻刀的刀刃絕對位于同一直線上，以保證刻劃時從A閃耀區4最后一條刻線到B閃耀區5第一條刻線的精密過渡。把待刻劃的光柵的平面玻璃基底3固定在工作平臺上，平面玻璃基底3是規格為IOOmmX 50mm的平面玻璃基底，在進行清潔除塵后利用真空鍍膜機在平面玻璃基底3上分別鍍上一層鉻膜和鋁膜，鉻膜的厚度為lOOnm，鋁膜的厚度為lum，放置時使得平面玻璃基底3的鋁膜層朝上。在正式刻劃之前必須分別讓第一刻刀I和第二刻刀2對平面玻璃基底3進行預刻劃，在電子顯微鏡下觀察預刻劃后基底上的刻線形狀及均勻分布情況，通過預刻劃的槽型調節好刻刀的位置并固定好，再調節刻劃機記下理想的刻劃狀態。預刻劃調節好刻刀后便可開始正式刻劃。
[0016]調節完畢后使刻刀對平面玻璃基底3執行預設刻劃動作。預設刻劃動作指刻劃每一條刻線時，工作平臺的橫向分度運動和刻刀的豎向往復運動均已預先計算好并編寫成相應特定的計算機軟件控制程序，通過程序控制電機來自動執行每一條刻線的刻劃動作。連接在絲桿的工作平臺帶動光柵基底作進給量為一個光柵常數d的橫向分度運動，刀橋8帶動第一刻刀I往復作豎直方向上的刻劃運動。如此周而復始，在完成A閃耀區4光柵的刻劃后，停止電機，暫停刻劃工作，旋轉裝有兩把刻刀的旋轉圓盤6，把第二刻刀2旋轉到第一刻刀I的位置，固定好刻刀的位置。啟動電機，工作平臺繼續帶動光柵基底作進給量為一個光柵常數d的橫向分度運動，刀橋8帶動第二刻刀2往復作豎直方向上的刻劃運動，直到完成B閃耀區5光柵的刻劃。
[0017]如圖1所示，根據平面雙閃耀光柵的設計參數可知，在同一基底上有兩個不同的閃耀角度Θ i和Θ 2，分別所對應的A閃耀區4和B閃耀區5在刻劃過程中和普通光柵的刻劃并無不同之處。當A閃耀區4刻劃到設置的最后一條刻線時，此時須更換不同刀刃的刻刀，保持工作平臺的固定不動，輕輕旋轉刻劃機構的旋轉圓盤6，旋轉圓盤6的內部設計有鋼珠滾動結構以減少在轉動過程中產生的振動對刻劃機的影響，并利用刻刀的刀架7中垂線方向對應的圓盤邊緣的卡口固定好旋轉圓盤6，以保證刻刀在刻劃過程中的位置不變。選擇更換好第二刻刀2后電機繼續緊接從A閃耀區4的最后一條刻線開始B閃耀區5第一條刻線的刻劃動作。保持工作平臺的固定并且確保旋轉圓盤6的卡口達到相應精度，便可保證由A閃耀區4到B閃耀區5的精密過渡，保證光柵的衍射效率。在刻劃過程中，工作平臺的橫向分度運動通過絲桿的精密分度來實現，刻劃機構的豎向運動通過電機帶動傳動齒輪連接刀橋8引導刻刀實現刻劃動作。
[0018]整個光柵刻劃制作完成后，形成具有不同光柵衍射角Θ i和Θ 2的平面雙閃耀光柵，可以根據不同的光柵條件研磨不同角度的刀刃，刻劃出對應不同的衍射角度。這種平面雙閃耀光柵能夠提供更寬的波段(如紫外可見波段)，對應有兩個不同的衍射峰值，特別適合于對儀器體積和工作環境有一定要求的光譜儀器。
[0019]其中，A閃耀區4對應的光柵衍射角為Q1, B閃耀區5對應的光柵衍射角為θ2。基底的起始刻劃位置和每條刻槽的進給量，以及刻刀的起始位置和每次刻劃的走動量均已預先通過理論計算好輸入計算機控制軟件，由計算機控制軟件程序控制電機，確定每次刻線的橫向和豎向的進給量，實現每一條刻槽的刻劃動作。
【權利要求】
1.一種平面雙閃耀光柵的制作方法，包括A閃耀區(4)和B閃耀區(5)光柵的刻劃，其特征在于，具體步驟是: 1)A閃耀區(4)光柵的刻劃 a、在清潔除塵后的平面玻璃基底(3)上先后鍍上一層鉻膜和一層鋁膜； b、刻劃機構的旋轉圓盤(6)的豎直方向的刀橋(8)上安裝兩把刻刀，每把刻刀研磨的刀刃角度均與設計所需的刀刃角度一致； c、將平面玻璃基底(3)放置在以絲杠為牽引機構的橫向分度工作平臺上，啟動電機進行預刻劃，用電子顯微鏡觀察預刻劃的槽型，根據槽型調節刻刀的刀角傾度和后角高度獲得所需槽型，然后固定好基底，并在其表面滴上硅油； d、工作平臺帶動光柵基底作進給量為一個光柵常數d的橫向分度運動，刀橋帶動第一刻刀(I)往復作豎直方向上的刻劃運動，如此周而復始，完成A閃耀區(4)光柵的刻劃； 2)B閃耀區(5)光柵的刻劃 a、A閃耀區(4)光柵的刻劃完成后，停止電機，旋轉裝有兩把刻刀的旋轉圓盤(6)，把第二刻刀(2)旋轉到第二刻刀(I)的位置，并固定好； b、啟動電機，工作平臺繼續帶動光柵基底作進給量為一個光柵常數d的橫向分度運動，刀橋(8)帶動第二刻刀(2)往復作豎直方向上的刻劃運動，直到完成B閃耀區(5)光柵的刻劃； 3)完成A閃耀區(4)和B閃耀區(5)光柵的刻劃后取出光柵清洗殘余的硅油，制得雙閃耀光柵。
2.根據權利要求1所描的平面雙閃耀光柵的制作方法，其特征在于，在A閃耀區(4)光柵的刻劃的步驟a中，所述平面玻璃基底(3)尺寸為IOOmmX50mm，鉻膜厚度為lOOnm，鋁膜厚度為lum。
3.根據權利要求1所描述的平面雙閃耀光柵的制作方法，其特征在于:上述步驟中在所用的旋轉圓盤(6)上制作兩個在同一直線上的刀架(7)，并在沿著刀架(7)中垂線方向的旋轉圓盤(6)邊緣各制作一個旋轉時精密固定刻刀的位置的卡口。
4.根據權利要求1所述的平面雙閃耀光柵的制作方法，其特征在于:上述步驟中，從平面玻璃基底(3)的A閃耀區(4)到B閃耀區(5)的刻劃動作是連續刻劃的。
5.根據權利要求1所述的平面雙閃耀光柵的制作方法，其特征在于:工作平臺的橫向分度運動通過光柵尺對絲桿的精密細分實現，刻劃機構的豎向運動通過伺服電機帶動連接刀橋的傳動皮帶引導刻刀實現刻劃動作。
6.根據權利要求1所述的平面雙閃耀光柵的制作方法，其特征在于:所述安裝在刻劃機構的旋轉圓盤(6)上的刻刀,其垂直距離大于50mm。
【文檔編號】G02B5/18GK103543485SQ201310561094
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年11月13日 優先權日:2013年11月13日
【發明者】蘇仰慶, 黃元申, 黃運柏, 丁衛濤, 李柏承, 張大偉, 韓姍, 徐邦聯 申請人:上海理工大學