[实用新型]一种制备米量级光栅的扫描曝光装置

说明书

本新型属于信息光学领域，涉及一种制备米量级光栅的扫描曝光装置；为解决制作米级光栅曝光时间过长引起的时效性差以及环境不确定性导致扫描条纹对比度下降问题，采用干涉条纹扫描技术无缝连续拼接光栅；在扫描曝光过程中，运用多维条纹锁定技术，始终以扫描曝光过的潜像光栅的潜像条纹作为锁定条纹，直至扫描曝光结束；在移动曝光中实现了实时闭环的锁定第一曝光光束与第二曝光光束的相位差，条纹周期、以及第一曝光光束与第二曝光光束夹角，从而在一个扫描周期即可获得高质量的且受环境因素影响小的无缝拼接米级光栅；光束整形压缩柱面系统的使用有效增加了光束的利用率，同时保证光束的波面质量，大大缩短了米量级光栅的制备时间。

技术领域

本实用新型属于信息光学领域，涉及一种宽光束扫描干涉曝光装置，特别是关于一种制备米量级光栅的扫描曝光装置。

背景技术

光栅是一种重要的衍射光学元件，广泛应用于各种光谱仪，精密计量(光栅尺)，光通信，天文和强激光系统等高端科技领域。目前米量级光栅制备的主要方法：单次曝光法、子光栅曝光拼接法和扫描曝光法。目前这三种方法均采用单纵模激光器(高质量的高斯光斑)作为记录光源，激光器的功率为1W左右，限制了记录光的光强。制作米量级光栅时需要大口径的光束，此时单位面积上的光通量十分微弱，需要较长的曝光时间，在曝光过程中条纹的锁定起到关键作用。

美国尼弗莫尔实验室采用单次曝光法制作米量级光栅，该实验室的准直透镜的口径达到1.09m，目前制作出面积为910mmx450mm的脉冲压缩光栅。单次曝光法的优点：光路简单，技术成熟，工艺可靠；它的缺点：光栅的质量取决于曝光系统的光学质量，更是需要口径达到米量级的非球面准直透镜，目前我国没有能力生产高质量的透射石英材料，另外米量级的非球面透镜加工技术也不具备。

子光栅曝光拼接法是在米量级光刻胶光栅基板上通过多次曝光，将多块子光栅等同于一块整光栅。清华大学提出了用潜像法曝光拼接技术，制作了面积为100mmx200mm的光栅，苏州大学提出了用逐区显影曝光拼接技术，制作了面积为1025mmx350mm的脉冲压缩光栅。子光栅曝光拼接法光学系统相对简单，条纹锁定采用自参考，拼接精度高，明显的缺点是两个子光栅中间有拼缝，拼缝处有相位的跃变，影响远场光斑质量。

扫描曝光法是利用高质量的细光束在光刻胶光栅基板上曝光，通过移动光刻胶光栅基板，曝完整个基板。在整个扫描过程中，光栅的周期、栅线的方向、光栅的相位要保持一致。美国的PGL公司采用扫描曝光法制备出面积为910mmx420mm的光栅。该方法的光学系统十分复杂，条纹锁定采用外光路干涉控制技术，严重依赖实验室环境，因此对环境提出了十分苛刻的要求。清华大学采用宽光束扫描曝光法，利用10mm-30mm的宽条光束扫描，制作出面积为100mmx200mm的光栅，该方法光学系统相对简单，条纹锁定采用莫尔条纹技术，但是当扫描光束宽度增加后，必然会引入像差，导致整个光栅扫描失败。用该方法制备米量级光栅时，需要大口径的扩束透镜，光束的面积增大到原来的9倍，单位面积上激光能量降为九分之一。为了保证光刻胶的曝光当量一致，可以增加光强和延长曝光时间两种方案，鉴于目前单纵模相干长度长的激光器的光功率只有1W～2W的水平，无法提升光强，只能大大增加曝光时间，这样制备米量级光栅需要的时间长达数十天之久。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有装置制作米级光栅曝光时间过长引起的时效性差以及环境不确定性导致扫描条纹对比度下降，导致整个扫描曝光失败；为实现以上技术目的，技术方案如下：

.一种制备米量级光栅的扫描曝光装置，包括激光器、半波片、分束棱镜、第一光束转折系统、第二光束转折系统、第一声光调制器、第二声光调制器、安装在三维压电陶瓷平移台上的第一空间滤波器、第二空间滤波器、第一非球面准直透镜、第二非球面准直透镜、第一光束整形压缩柱面系统、第二光束整形压缩柱面系统、第一光闸、第二光闸、楔形衰减板、平行衰减板、第一光电探测器、光刻胶光栅基板、光刻胶边参考光栅基板、可移动曝光平台、自准直角度检测组元；