[发明专利]一种多阶梯周期光栅结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多阶梯周期光栅结构及其制备方法，涉及微位移检测技术领域。包括周期性的多阶梯光栅结构，每个周期的多阶梯光栅结构均包括衬底基板与四阶梯光栅结构，四阶梯光栅结构均设于衬底基板上，四阶梯光栅结构按照单周期内从右到左的顺序，分别为第一阶梯光栅结构、第二阶梯光栅结构、第三阶梯光栅结构、第四阶梯光栅结构，为三个不同高度的层结构阵列。本发明通过结构改进实现对零级衍射光的调控削弱，以达到提高检测系统激光器稳定性的效果，通过对应制备方法所制备的多阶梯周期光栅结构具有零级光调控减弱作用，能够实现一定范围的光强调控，同时便于制备和集成，具备较高的衍射效率，能够应用于集成化高精度位移检测领域中。

技术领域

本发明涉及微位移检测技术领域，具体为一种多阶梯周期光栅结构及其制备方法。

背景技术

随着精密仪器制造、航空航天及微电子制造等行业取得飞跃的进展，各精密制造领域对超精密位移检测精度需求不断提升。在一系列超精密位移检测技术中，衍射光栅干涉式微位移检测技术由于其低成本，检测精度高，具有集成化潜力而受到业内人士广泛关注。

目前衍射光栅干涉式微位移检测技术亟待解决的问题主要为检测稳定性的进一步改善。其中由金属光栅零级衍射光反射引起的光源不稳定波动问题尤为突出，因此，需要通过光栅结构改进设计实现零级衍射反射光调制，提高检测系统稳定性。

发明内容

本发明为了提高衍射光栅干涉式微位移检测稳定性，提供了一种多阶梯周期光栅结构及其制备方法。

本发明是通过如下技术方案来实现的：一种多阶梯周期光栅结构，包括周期性的多阶梯光栅结构，每个周期的多阶梯光栅结构均包括衬底基板与四阶梯光栅结构，四阶梯光栅结构均设于衬底基板上，四阶梯光栅结构按照单周期内从右到左的顺序，分别为第一阶梯光栅结构、第二阶梯光栅结构、第三阶梯光栅结构、第四阶梯光栅结构。干扰位移检测系统稳定性的主要因素是反射零级衍射光垂直反射回激光器发射腔体内，本发明通过结构改进实现对零级衍射光的调控削弱，以达到提高检测系统激光器稳定性的效果。

所述第一阶梯光栅结构包括第一透射层与第一金属反射层，所述第一金属反射层涂覆于第一透射层上；所述第一透射层的材料折射率为1.4~1.9，所述第一金属反射层的材料反射率为0.5~1.0；所述第一阶梯光栅结构的周期为0.5μm~2μm；所述第一透射层的厚度 h_a与透射材料折射率 n满足，为满足介质内干涉相消所需光程差；所述第一金属反射层的整体厚度为100nm~300nm，其中包括20~80nm的氧化物吸收层；所述氧化物吸收层反射率为0.1~0.3；λ为激光源波长。第一透射层可以是与衬底基板为一体的或者紧贴的。

所述第二阶梯光栅结构包括第二透射层，所述第二透射层与第一透射层为紧贴或一体关系；所述第二透射层与第一透射层的材料相同，所述第二透射层的厚度 h_a与透射材料折射率 n满足；所述第二阶梯光栅结构的周期为0.5μm~2μm。第二透射层也可以是与衬底基板为一体的或者紧贴的。

所述第三阶梯光栅结构包括第三金属反射层，所述第三金属反射层涂覆于衬底基板上，所述第三金属反射层与第一金属反射层的材料与厚度均相同，所述第三阶梯光栅结构的周期为0.5μm~2μm。

所述第四阶梯光栅结构为衬底基板，无透射层与金属反射层，所述第四阶梯光栅结构的周期为0.5μm~2μm。

优选的，所述第三阶梯光栅结构与第一阶梯光栅结构的周期和占空比均相同；所述第四阶梯光栅结构与第二阶梯光栅结构的占空比均相同。