[发明专利]一种消像差平面衍射光栅的机械刻划方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械刻划平面衍射光栅制作领域，尤其涉及一种消像差平面衍射光栅的机械刻划方法。

背景技术

平面衍射光栅在光谱技术领域应用较为广泛，在进行分光仪器设计时，为了减少设计成本及难度且使分光仪器具有更卓越的光谱性能，往往要求尽量减少分光仪器中各种难以制作的反射镜的数量，从而要求衍射光栅是具有特殊的衍射波前形状的消像差光栅。

消像差光栅的制作方法主要分为全息离子束刻蚀法和机械刻划法。

对于低刻线密度的红外激光光栅和绝大多数中阶梯光栅而言，由于其刻线密度较低，且要求具有较深的刻槽深度和较为严格的刻槽形状，从而使消像差光栅具有较高的衍射效率，因此一般须采用机械刻划法制作。

现有技术中采用激光干涉仪实时测量刻划刀架导轨与光栅基底承载工作台之间的位移变化，然后采用压电执行器实时控制工作台位置进，从而制作出具有特殊衍射波前的消像差光栅。但是，现有技术没有考虑光栅刻划刀架在运行过程中的固有位置误差以及光栅基底面形误差对消像差光栅衍射波前质量的影响，进而导致光栅的消像差效果不理想。此外，现有技术将激光干涉仪的参考反射镜安装在刻划刀架导轨上而不是安装在刻划刀架上，因此无法完全反映刻划刀架上的光栅刻刀与光栅基底之间的实时位置变化情况，从而使刻划出的光栅衍射波前与其理想值存在一定差距。此外现有技术采用压电执行器控制工作台方案来实现消像差光栅刻划，对于大面积光栅而言，其承载工作台质量、惯性较大、定位精度难以提高，因此对刻划出的消像差光栅的性能存在负面影响。

发明内容

本发明要解决现有技术中的技术问题，提供一种消像差平面衍射光栅的机械刻划方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种消像差平面衍射光栅的机械刻划方法，包括如下步骤：

步骤一、采用激光干涉计对所述刻划刀架在每条刻线刻划过程中的固有位置误差进行多次测量，取平均值，从而获得代表刻划刀架固有位置误差的一维数组；

步骤二、采用衍射波前测量仪对光栅基底的面形误差进行测量，从而获得光栅基底的面形误差矩阵；

步骤三、根据步骤一测量得到的刻划刀架固有位置误差数组和步骤二得到的光栅基底面形误差矩阵，建立补偿上述误差后的光栅刻刀在消像差光栅刻划任意位置处的理想位置表达式；

步骤四、准备光栅刻划实验条件；将压电执行器的位置设置在其总行程的一半位置，然后将光栅刻划刀架移动至一条刻线开始位置，将用于位置测量的激光干涉计的读数清零；设置光栅刻划总刻线数；

步骤五、将光栅基底放置于工作台上，进行消像差光栅刻划；在每条光栅刻线的刻划过程中，实时调整压电执行器的位置，使激光干涉计的位置读数与步骤三给出的光栅刻刀的理想位置的偏差量最小；

步骤六、在完成光栅最后一个刻线刻划后，停止光栅刻划。

在上述技术方案中，在步骤五进行光栅刻划过程中，对所述刻划刀架的固有位置误差和光栅基底面形误差进行实时补偿。

在上述技术方案中，该方法适用的机械刻划装置主要包括：导轨、滑套、刀架转接板、激光干涉计、压电执行器、刻划刀架、参考反射镜、二维调整架、光栅刻刀、长条形测量反射镜、工作台、光栅基底、测量反射镜二和激光干涉计二；

所述激光干涉计用来测量所述光栅刻刀和所述光栅基底在z轴方向的相对位置变化；

所述激光干涉计二用于实现对所述刻划刀架在x轴方向的位置变化进行实时测量；

所述压电执行器用于实时调整所述光栅刻刀的位置使之满足消像差光栅的具体要求。

本发明具有以下的有益效果：

本发明在光栅刻划之前采用所述激光干涉计对所述刻划刀架在每条刻线刻划过程中的固有位置误差进行测量，并在光栅刻划时，对该固有位置误差进行补偿，从而降低了所述刻划刀架的所述导轨和所述滑套的加工误差以及所述长条形测量反射镜的加工误差等组成的所述刻划刀架固有位置误差对消像差光栅的衍射波前质量的影响；进一步地，本发明在光栅刻划之前，采用衍射波前测量仪对所述光栅基底的面形误差进行测量，并在光栅刻划中对该基底面形误差进行了补偿，从而有效抑制了光栅基底面形误差对所要刻划的消像差光栅的衍射波前质量的影响。此外，本发明将所述激光干涉计的所述参考反射镜安装在所述刻划刀架导轨上而不是安装在所述刻划刀架上，从而有效抑制了所述刻划刀架运行不稳定对消像差光栅质量的影响；此外采用所述压电执行器对质量较轻的所述刻划刀架进行控制而不是对质量较重的光栅基底承载工作台进行控制，有益于提高消像差光栅的性能。