[发明专利]一种基于四区域等线宽相位调制光栅的面外位移传感单元

权利要求书

1.一种基于四区域等线宽相位调制光栅的面外位移传感单元，包括封装外壳、固定外框、激光器和光电探测器，所述封装外壳位于最外侧、用于安装和固定整个传感单元，固定外框设置于封装外壳内，激光器和光电探测器设置于固定外框内、分别用于发射和接收光束；其特征在于：还包括覆盖在被测物体上的铬膜、二氧化硅基底及覆盖于二氧化硅基底上的铬膜；

将被测物体通过连接结构固定于固定外框的内顶面，并在被测物体的下表面覆盖一层铬膜，即为覆盖在被测物体上的铬膜；

所述二氧化硅基底为块状结构，其上表面均分为多个等宽的区域，每四个连续区域为一个单元；每个单元中各区域内二氧化硅基底的厚度从左到右为：第一区域＝第二区域＜第三区域＜第四区域；通过连接结构将二氧化硅基底水平固定于所述固定外框内的中部，并在二氧化硅基底每个单元的第一区域和第三区域表面覆盖一层铬膜，即为覆盖于二氧化硅基底上的铬膜；所述二氧化硅基底及覆盖于其上的铬膜组成四区域等线宽相位调制光栅，覆盖在被测物体上的铬膜和四区域等线宽相位调制光栅之间形成空气间隙；由四区域等线宽相位调制光栅、覆盖在被测物体上的铬膜以及空气间隙构成了新型相位调制光学谐振腔；

所述激光器和光电探测器均安装于所述固定外框内底面，由激光器沿竖直方向发射光束打在四区域等线宽相位调制光栅上，一部分光碰到覆盖在光栅表面的铬膜后反射，形成反射衍射光束，另一部分光从未覆盖铬膜处透过，穿过空气间隙，被覆盖在被测物体表面的铬膜反射，再次透过光栅上表面未覆盖铬膜区域形成透射衍射光束，两种光束相干叠加，由光电探测器接收；其中出射干涉衍射光束中0级光的四种复振幅相干抵消，消除了0级光束。

2.根据权利要求1所述基于四区域等线宽相位调制光栅的面外位移传感单元，其特征在于：所述激光器输出的激光波长为850±10nm，模式为TE模；入射激光与新型相位调制光学谐振腔的法线方向垂直。

3.根据权利要求1所述基于四区域等线宽相位调制光栅的面外位移传感单元，其特征在于：所述四区域等线宽相位调制光栅与覆盖在被测物体上的铬膜互相平行。

4.根据权利要求1所述基于四区域等线宽相位调制光栅的面外位移传感单元，其特征在于：所述四区域等线宽相位调制光栅的总宽度为8μm，各区域宽度为2μm。

5.根据权利要求1所述基于四区域等线宽相位调制光栅的面外位移传感单元，其特征在于：所述二氧化硅基底的厚度为300至500μm。

6.根据权利要求1所述基于四区域等线宽相位调制光栅的面外位移传感单元，其特征在于：所述四区域等线宽相位调制光栅的四个区域的厚度分别是：第一区域厚度100±5nm、第二区域厚度0±5nm、第三区域厚度240.75±5nm、第四区域厚度416.83±5nm，该四个区域的厚度测量是以所述二氧化硅基底的第一区域、第二区域的上表面为起点；所述第一区域和第三区域表面覆盖铬膜的厚度为100±5nm。

7.根据权利要求1所述基于四区域等线宽相位调制光栅的面外位移传感单元，其特征在于：所述覆盖在被测物体上的铬膜厚度为100±5nm。

8.一种权利要求1所述基于四区域等线宽相位调制光栅的面外位移传感单元的四区域等线宽相位调制光栅的制造方法，其特征在于具体步骤如下：

步骤一：清洗二氧化硅基底；

步骤二：在二氧化硅基底上，利用紫外光刻正胶对其上第三区域和第四区域进行曝光，形成掩膜；

步骤三：使用反应离子刻蚀，对第一区域和第二区域进行刻蚀，形成设定深度的沟槽；

步骤四：利用紫外光刻正胶对第四区域进行套刻曝光，形成掩膜；

步骤五：使用反应离子刻蚀，对第三区域进行刻蚀，形成设定深度的沟槽；

步骤六：利用紫外光刻负胶对第二区域和第四区域进行套刻曝光；

步骤七：使用电子束蒸发技术，生长设定厚度的铬膜；

步骤八：利用剥离工艺去掉所覆盖的紫外胶，形成四区域等线宽相位调制光栅；

步骤九：利用聚焦离子束检测四区域等线宽相位调制光栅表面形貌，测量刻蚀深度；

步骤十：使用显微镜进行四区域等线宽相位调制光栅各区域镜检。