專利名稱：全息凸面光柵光刻光路設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種全息凸面光柵光刻光路設(shè)計方法，采用同心三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)成像特性而發(fā)明的光刻光路，屬于光柵光刻光路領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
凸面光柵由于其成像特性一般很少使用，目前還未見有專門介紹凸面光柵制造的文獻(xiàn)或?qū)＠l(fā)表。在一些特殊的同心光學(xué)系統(tǒng)中，凸面光柵有其非常優(yōu)良的特性，如OFFNER結(jié)構(gòu)的成像光譜儀。凸面光柵較凹面光柵更容易制成閃耀型光柵且衍射效率較高。光柵的制造方法一般有機(jī)械刻劃、光電刻劃、全息照相刻劃和光柵復(fù)制等。全息照相法與機(jī)械刻劃相比，沒有周期性誤差、不產(chǎn)生鬼線、尺寸不受限制、如改變激光器波長，能制造整個光學(xué)光譜區(qū)光柵、生產(chǎn)效率高、成本低等方面的優(yōu)點。全息凸面光柵可以運用一般平面光柵或凹面光柵的光刻光路來制造平行等間距槽的光柵，如圖1所示，激光器1發(fā)出激光束經(jīng)反射鏡2反射，射入物鏡3聚焦在空間濾波器4的小孔上(小孔在大凹面鏡的焦平面上)，再入射到大凹面鏡8上，經(jīng)凹面鏡反射出的平行光束分別入射到反光鏡5和6上，再經(jīng)反射鏡5和6反射出兩束相干光束在凸面基片7上，進(jìn)行光刻。這一種光刻光路不滿足等光程條件，具有很大的球差和場曲，兩束相干光波不是嚴(yán)格的平面波，影響光柵條紋，從而降低了光柵質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有全息凸面光柵光刻光路的缺點，提供一種同心三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)的“無”像差環(huán)視場的光路來光刻凸面光柵，制造出比采用一般方法制造具有更高像質(zhì)的全息凸面光柵光刻光路設(shè)計方法。
同心三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)是由一塊大凹面反射鏡和一塊同心的凸面鏡組成的系統(tǒng)。它存在一個“無”像差環(huán)視場。在過公共球心且垂直于系統(tǒng)光軸的平面上，半徑為h=R4r2-R22r]]>(其中R為大凹面鏡球面半徑，r為凸面鏡球面半徑，h為“無”像差環(huán)視場半徑)的環(huán)就是“無”像差環(huán)視場。因為4r2-R2≥0，顯然r≥R2,]]>即凸面反射鏡半徑大于等于大凹面反射鏡半徑的一半。
本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種全息凸面光柵光刻光路設(shè)計方法，其特點是它包括下列步驟1.建立一種同心三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)的“無”像差環(huán)視場光刻光路，它由激光器、分光器、反光鏡、物鏡、空間濾波器、凹面鏡組成，凸面光柵基片放在同心三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)凸面鏡的位置上，激光器發(fā)出的激光束經(jīng)分光器分束為兩束光，分別由兩塊反射鏡反射出兩束互相平行的光束，再分別射入兩物鏡，聚焦在空間濾波器上，進(jìn)入由凹面鏡和凸面光柵組成的同心三反射鏡系統(tǒng)，兩空間濾波器在同心三反射鏡系統(tǒng)“無”像差環(huán)視場上，兩光束經(jīng)凹面鏡反射到凸面光柵基片上進(jìn)行干涉；
2.根據(jù)需光刻的凸面光柵的參數(shù)凸面光柵的球面半徑r和凸面光柵的平面直徑d，使得兩相干光束能充滿凸面光柵基片，采用作圖法，確定大凹面鏡的球面半徑R和平面直徑D；先畫出凸面光柵位置，取一環(huán)半徑h，利用公式h=R4r2-R22r]]>算出凹球面半徑R，與凸面光柵球面同心畫出凹球面，以最大孔徑角μmax為18度，畫出邊緣光線，經(jīng)凹面鏡反射到凸面光柵上，是否充滿球面半徑r和平面直徑d的凸面光柵，若不能充滿，則增大環(huán)半徑h，再重復(fù)以上步驟，直至充滿，若充滿，則由該光線量出平面直徑D，與算出的凹球面半徑R確定了大凹面鏡結(jié)構(gòu)；3.使凹面反射鏡與凸面光柵基片同心；4.由第2步確定的凹面反射鏡球面半徑R、凸面光柵基片球面半徑r，根據(jù)公式h=R4r2-R22r]]>算出“無”像差環(huán)視場半徑h；5.將上述光路中兩空間濾波器放在同心三反射鏡系統(tǒng)“無”像差環(huán)視場上，并且是在環(huán)直徑的兩端上；6.調(diào)整光路使經(jīng)兩反射鏡反射的兩相干光束互相平行，且與同心三反射鏡系統(tǒng)的光軸平行，同時在同一個平面內(nèi)，離光軸的距離均等于環(huán)半徑h；7.兩相干光束經(jīng)各自的物鏡和空間濾波器射入同心三反射鏡系統(tǒng)，其孔徑角為0～18度。
本發(fā)明的有益效果是，用本發(fā)明的光刻光路，在三反射鏡“無”像差環(huán)上制作凸面光柵，其優(yōu)點是環(huán)上理論像差趨于零，由孔徑角的變大帶來的像差為最小，畸變?yōu)榱?，從而能制造出高質(zhì)量凸面光柵，使光柵的光譜像差很小。如果應(yīng)用于與光刻光路相同結(jié)構(gòu)和參數(shù)的同心三反射鏡系統(tǒng)中，那么該光譜儀具有高像質(zhì)光譜、結(jié)構(gòu)簡單、重量輕等優(yōu)點。


圖1為現(xiàn)有的全息凸面光柵光刻光路示意圖；圖2為同心三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)“無”像差環(huán)的全息凸面光柵光刻光路示意圖；圖3為確定大凹面反射鏡結(jié)構(gòu)參數(shù)的示意圖。
具體實施例方式
一種全息凸面光柵光刻光路設(shè)計方法，其特點是，它包括下列步驟，由圖2所示建立一種同心三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)的“無”像差環(huán)視場光刻光路，它由激光器9、分光器10、反光鏡11、12、物鏡13、14、空間濾波器15、16、凹面鏡18組成，凸面光柵基片17置于同心三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)凸面鏡的位置上，激光器9發(fā)出的激光束經(jīng)分光器10分束為兩束光，分別由兩塊反光鏡11、12反射出兩束互相平行的光束，再分別射入兩物鏡13、14，聚焦在空間濾波器15、16上，進(jìn)入由凹面鏡18和凸面光柵17組成的同心三反射鏡系統(tǒng)，兩空間濾波器15、16在同心三反射鏡系統(tǒng)“無”像差環(huán)19視場上，兩光束經(jīng)凹面鏡18反射到凸面光柵基片17上進(jìn)行干涉；根據(jù)需光刻的凸面光柵基片17的參數(shù)凸面光柵基片的球面半徑r和凸面光柵基片的平面直徑d，使得兩相干光束能充滿凸面光柵基片，采用作圖法，由圖3所示，確定大凹面鏡18的凹面球面半徑R和平面直徑D；先畫出凸面光柵位置，取一環(huán)半徑h，利用公式h=R4r2-R22r]]>算出凹面球面半徑R，與凸面光柵球面同心畫出凹球面，以最大孔徑角μmax為18度，畫出邊緣光線，經(jīng)凹面鏡反射到凸面光柵上，是否充滿球面半徑r和平面直徑d的凸面光柵，若不能充滿，則增大環(huán)半徑h，再重復(fù)以上步驟，直至充滿，若充滿，則由該光線量出平面直徑D，與算出的凹球面18的半徑R確定了大凹面鏡18的結(jié)構(gòu)；確定凹面鏡尺寸的實施方案舉例參考圖3，1.采用作圖法確定大凹面鏡的球面半徑R和平面直徑D，取最大孔徑角μmax為18度，已知r＝112.98，d＝38，先畫出凸面光柵位置，取環(huán)半徑h＝40mm，利用公式h=R4r2-R22r]]>算出凹球面半徑R＝222.27mm，根據(jù)已有光學(xué)球面樣板，取R＝222.3mm，再代入公式h=R4r2-R22r,]]>算出h＝39.85mm，與凸面光柵球面同心畫出半徑為R＝222.3mm的凹球面，以最大孔徑角μmax為18度，畫出邊緣光線，經(jīng)凹面鏡反射到凸面光柵上，量出平面半徑32.5mm>d2=19mm,]]>說明大大充滿球面半徑r和平面直徑d的凸面光柵基片。從像質(zhì)、結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)性考慮，取大凹面鏡的平面直徑D＝160mm，這樣孔徑角μ約為11度小于最大孔徑角μmax＝18，該光線經(jīng)凹面鏡反射到凸面光柵上，量出平面半徑約為21.5mm>d2=19mm,]]>充滿凸面光柵基片，符合制作條件；2.調(diào)整光路，使凹面反射鏡18與凸面光柵基片17同心；3.由第2步確定的凹面反射鏡18球面半徑R＝222.3mm、凸面光柵基片17球面半徑r＝112.98mm，根據(jù)公式h=R4r2-R22r]]>算出“無”像差環(huán)半徑h＝39.85mm；4.將上述光路中兩空間濾波器15、16放在由凹面反射鏡18、凸面光柵基片17組成的同心三反射鏡系統(tǒng)“無”像差環(huán)視場上，并且是在環(huán)直徑的兩端上；5.調(diào)整光路使經(jīng)兩反射鏡11、12反射的兩相干光束互相平行，且與同心三反射鏡系統(tǒng)的光軸平行，同時在同一個平面內(nèi)，離光軸的距離均等于環(huán)半徑h；6.兩相干光束經(jīng)各自的物鏡14、13和空間濾波器15、16射入同心三反射鏡系統(tǒng)，其孔徑角在0～18度范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種全息凸面光柵光刻光路設(shè)計方法，其特征在于，它包括下列步驟1)建立一種同心三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)的“無”像差環(huán)視場光刻光路，它由激光器(9)、分光器(10)、反光鏡(11、12)、物鏡(13、14)、空間濾波器(15、16)、凹面鏡(18)組成，凸面光柵基片(17)置于同心三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)凸面鏡的位置上，激光器(9)發(fā)出的激光束經(jīng)分光器(10)分束為兩束光，分別由兩塊反光鏡(11、12)反射出兩束互相平行的光束，再分別射入兩物鏡(13、14)，聚焦在空間濾波器(15、16)上，進(jìn)入由凹面鏡(18)和凸面光柵(17)組成的同心三反射鏡系統(tǒng)，兩空間濾波器(15、16)在同心三反射鏡系統(tǒng)“無”像差環(huán)(19)視場上，兩光束經(jīng)凹面鏡(18)反射到凸面光柵基片(17)上進(jìn)行干涉；根據(jù)需光刻的凸面光柵基片(17)的參數(shù)凸面光柵基片的球面半徑r和凸面光柵基片的平面直徑d，使得兩相干光束能充滿凸面光柵基片，采用作圖法，確定大凹面鏡(18)的球面半徑R和平面直徑D；先畫出凸面光柵位置，取一環(huán)半徑h，利用公式h=R4r2-R22r]]>算出凹球面半徑R，與凸面光柵球面同心畫出凹球面，以最大孔徑角μmax為18度，畫出邊緣光線，經(jīng)凹面鏡反射到凸面光柵上，是否充滿球面半徑r和平面直徑d的凸面光柵，若不能充滿，則增大環(huán)半徑h，再重復(fù)以上步驟，直至充滿，若充滿，則由該光線量出平面直徑D，與算出的凹球面半徑R確定了大凹面鏡結(jié)構(gòu)；2)調(diào)整光路，使凹面反射鏡(18)與凸面光柵基片(17)同心；3)由第2步確定的凹面反射鏡(18)凹面半徑R、凸面光柵基片(17)球面半徑r，根據(jù)公式h=R4r2-R22r]]>算出“無”像差環(huán)視場半徑h；4)將上述光路中兩空間濾波器(15、16)放在由凹面反射鏡(18)、凸面光柵基片(17)組成的同心三反射鏡系統(tǒng)“無”像差環(huán)視場上，并且是在環(huán)直徑的兩端上；5)調(diào)整光路使經(jīng)兩反射鏡(11、12)的兩相干光束互相平行，且與同心三反射鏡的光軸平行，同時在同一個平面內(nèi)，離光軸的距離均等于環(huán)半徑h；6)兩相干光束經(jīng)各自的物鏡(14、13)和空間濾波器(15、16)射入同心三反射鏡系統(tǒng)，其孔徑角為0～18度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種全息凸面光柵光刻光路設(shè)計方法。特點它是一種在同心三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)的“無”像差環(huán)視場上進(jìn)行光刻的光路，根據(jù)需光刻的凸面光柵的參數(shù)，用作圖法確定大凹面鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)，計算出“無”像差環(huán)視場的位置。由本方法設(shè)計出的光刻光路，其優(yōu)點是環(huán)上理論像差趨于零，由孔徑角的變大帶來的像差為最小，畸變?yōu)榱?，從而能制造出高質(zhì)量凸面光柵，使光柵的光譜像差很小。如果應(yīng)用于與光刻光路相同結(jié)構(gòu)和參數(shù)的同心三反射鏡系統(tǒng)中，那么該光譜儀具有高像質(zhì)光譜、結(jié)構(gòu)簡單、重量輕等優(yōu)點。
文檔編號G02B17/00GK1664651SQ20051002437
公開日2005年9月7日 申請日期2005年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月14日
發(fā)明者黃元申, 莊松林, 倪爭技 申請人:上海理工大學(xué)