一种制作平行等间距条纹全息光栅的光刻系统技术方案

本发明专利技术属于信息光学领域，涉及一种制作平行等间距条纹全息光栅的光刻系统，为解决制作平行等间距条纹全息光栅时曝光光束平行度差的技术问题，使用体布拉格光栅‑1级透射衍射效率作为平行光的判断标准，可以较为精确的确定针孔滤波器与准直透镜之间的距离，准确的将针孔滤波器的小孔放置在准直透镜的物方焦点上，从而实现干涉光路的准直；此外该系统有助于实现对曝光光束平行性的实时监控，配合PZT平移台还可以实现对平行光的锁定，从而提高了平行等间距条纹的全息光栅的拍摄质量。

A lithography system for making parallel equidistant fringe holographic gratings

The invention belongs to the field of information optics, and relates to a photolithography system for fabricating parallel equal-spacing fringe holographic gratings. In order to solve the technical problem of poor parallelism of exposure beam when fabricating parallel equal-spacing fringe holographic gratings, the volume Bragg grating 1 transmission and diffraction efficiency is used as the criterion for judging parallel light, which can be more accurate. Determining the distance between pinhole filter and collimating lens, accurately locating the pinhole filter on the object focus of collimating lens, thus realizing the collimation of interference light path; in addition, the system helps to realize real-time monitoring of the parallelism of exposure light beam, and can also achieve the locking of parallel light with PZT translation platform. Thus, the shooting quality of holographic grating with parallel equidistant stripes is improved.

【技术实现步骤摘要】
一种制作平行等间距条纹全息光栅的光刻系统
本专利技术属于信息光学
，涉及一种拍摄全息光栅的光刻系统。
技术介绍
平面平行等间距条纹全息光栅是一种重要的衍射光学元件，广泛应用于光谱仪、光通信、光学计量、强激光系统等。该类光栅对光栅条纹的平行性也提出了苛刻的要求，记录光的平行性差，直接影响到光栅的波像差。因此，记录全息光栅的平行光的自准直性要好。准直光路的光学器件一般用非球面透镜或离轴抛物面镜来自准直，获得平行光。常见的全息光路准直性检测方法有莫尔条纹法和标准参考光栅法。莫尔条纹法：如附图2所示，先用自准直法，将平行光再返回针孔滤波器，根据先验知识，返回的光斑直径约5mm，认为针孔位于透镜的前焦点上，产生平行光；按照传统的全息曝光和显影，将制作的光栅基板旋转180度置于原光路中，调节莫尔条纹周期到厘米量级，观察莫尔条纹，若发现莫尔条纹呈碗状弯曲，则说明针孔离焦，调节针孔的前后位置，直至莫尔条纹成水平状态，记录水平调节的位移量，然后返回调节量的一半，此时针孔位于准直透镜的前焦面上，该方法需要制作检测光栅，容易受到环境的影响，时效性差。准标参考光栅法：将标准光栅置于带曝光支架上，如附图2所示，先用自准直法，将平行光再返回针孔滤波器，根据先验知识，返回的光斑直径约5mm，认为针孔位于透镜的前焦点上，产生平行光，观察标准参考光栅的莫尔条纹，调节莫尔条纹周期到厘米量级，若发现莫尔条纹呈碗状弯曲，则说明针孔离焦，调节针孔的前后位置，直至莫尔条纹成水平状态，此时说明针孔位于准直透镜的前焦面上，该方法需要标准参考光栅，标准光栅制作十分复杂，需要用干涉仪反复检测，直至制备出低像差的标准光栅。
技术实现思路
为解决制作平行等间距条纹全息光栅时曝光光束平行度差的技术问题，本专利技术技术方案如下：一种制作平行等间距条纹全息光栅的光刻系统，该光刻系统包括相干光源、分束器、第一反射镜，第二反射镜，第一针孔滤波器，第二针孔滤波器，第一准直透镜，第二准直透镜；第一体布拉格光栅、第二体布拉格光栅、第一光电探测器、第二光电探测器；相干光源发出的光经过分束器后被分成透射光路和反射光路；沿着光传播方向反射光路上依次放置第一反射镜、第一针孔滤波器、第一准直透镜；透射光路上依次放置第二反射镜、第二针孔滤波器、第二准直透镜；反射光路经过第一准直透镜后的光作为第一曝光光束，透射光路经过第二准直透镜后的光作为第二曝光光束；其特征在于：以靠近相干光源端为前，光传播方向为后；第一准直透镜的后方放置第一体布拉格光栅，所述的第一体布拉格光栅口径小于第一准直透镜口径，且第一曝光光束入射至第一体布拉格光栅的入射角等于第一体布拉格光栅的布拉格角，第一光电探测器放置在第一曝光光束入射至第一体布拉格光栅后的-1级透射衍射光路上，用于测量其-1级透射衍光的衍射效率；第二准直透镜的后方放置第二体布拉格光栅，所述的第二体布拉格光栅口径小于第二准直透镜口径，且第二曝光光束入射至第二体布拉格光栅的入射角等于第二体布拉格光栅的布拉格角，第二电探测器放置在第二曝光光束入射至第二体布拉格光栅后的-1级透射衍射光路上，用于测量其-1级透射衍光的衍射效率；第一针孔滤波器放置于第一准直透镜的物方焦点处；第二针孔滤波器放置于第二准直透镜的物方焦点处。使用上述装置进行干涉拍摄时需要将第一针孔滤波器沿着光轴前后移动，实时观察第一光电探测器的读数；当第一光电探测器的读数最大时，固定第一针孔滤波器并且保持第一针孔滤波器与第一准直透镜间距恒定；将第二针孔滤波器沿着光轴前后移动，实时观察第二光电探测器的读数；当第二光电探测器的读数最大时，固定第二针孔滤波器并且保持第二针孔滤波器与第二准直透镜间距恒定；经过上述调整后，调整完毕后第一曝光光束与第二曝光光束为平行光；此时第一曝光光束与第二曝光光束产生的干涉条纹为严格的平行等间距条纹，用于对待制作全息光栅干版曝光可以获得高质量的平行等间距条纹全息光栅。上述方案中所述的光电探测器的读数最大时应理解为针孔滤波器沿着光轴来回移动时，光电探测器实际探测到体布拉格光栅-1级透射衍射光衍射效率的最大值。为了便于控制全息光栅的周期，优选方案：所述的第一曝光光束与第二曝光光束沿着待制作全息光栅法线方向对称排布，并且满足2dsinθ＝λ，其中d为待制作全息光栅的周期，λ为相干光源波长，θ为第一曝光光束与第二曝光光束夹角的一半。上述技术方案用于调整干涉光路自准直的原理为：当曝光光束的光轴与体布拉格光栅的外法线的夹角满足2d0θbsin＝λc时，体布拉格光栅的-1级衍射效率最大，其中d0为体布拉格光栅的光栅周期，θb为入射光与体布拉格光栅外法线的夹角(即体布拉格光栅的布拉格角)，λc为入射光的波长。入射光的角度一旦偏离布拉格角一个微小量，体布拉格的-1级衍射效率即迅速下降，当偏离角度超出一定范围时(±0.01°)，衍射效率就降低为衍射效率峰值的一半；当光束为平行光时，体布拉格光栅的-1级衍射效率达到峰值，此时第i光电探测器的读数最大值；当第一曝光光束是发散光或者会聚光时，大部分入射光将偏离体布拉格光栅的布拉格角，-1级衍射光衍射效率急剧下降；具体调节方法是：将第一针孔滤波器沿着光轴前后扫描，实时观察光电探测器的读数，当发现光电探测器的读数达到最大值时，立即停止扫描，此时第一针孔滤波器准确的放置在了第一准直透镜的物方焦点上，第一曝光光束为平行光；按照上述类似的方法调节第二曝光光束的自准直性。上述技术方案将两个体布拉格光栅分别放置在第一曝光光束边缘光线与第二曝光光束边缘光线上，只对第一曝光光束与第二曝光光束边缘光进行部分采样监控，若在干涉拍摄过程中发现光电探测器数值发生明显变化则说明参与曝光的光束已偏离平行光，可以根据偏离的程度决定是否终止曝光。所述的准直透镜可以选用平凸非球面准直透镜，可以矫正球差，获得高质量平行光。附图说明图1为制作平行等间距条纹全息光栅的光刻系统示意图；图2为自准直光路粗调示意图；图3为自准直光路精调示意图；其中：1为相干光源，2为分束器，3为第一反射镜，4为第二反射镜，5为第一光阑，6为第二光阑，7为第一针孔滤光波器，8为第二针孔滤波器，9为第一准直透镜，10为第二准直透镜，11为待曝光全息记录干版，12为平面反射镜，13为第一体布拉格光栅，14为第一光电探测器，15为第二光电探测器，16为第二体布拉格光栅。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述：一种制作平行等间距条纹全息光栅的光刻系统，所述的光刻系统用于制作平行等间距条纹的全息光栅；该光刻系统如图1所示，包括相干光源1、分束器2、第一反射镜3，第二反射镜4，第一光阑5，第二光阑6，第一针孔滤波器7，第二针孔滤波器8，第一准直透镜9，第二准直透镜10；第一体布拉格光栅13、第二体布拉格光栅16、第一光电探测器14、第二光电探测器15；相干光源发出的光经过分束器后被分成透射光路和反射光路；沿着光传播方向反射光路上依次放置第一反射镜、第一光阑、第一针孔滤波器、第一准直透镜；透射光路上依次放置第二反射镜、第二光阑、第二针孔滤波器、第二准直透镜；反射光路经过第一准直透镜后的光作为第一曝光光束，透射光路经过第二准直透镜后的光作为第二曝光光束；其特征在于：以靠近相干光源端为前，光传播方向为后；第一准直透镜的后方放本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制作平行等间距条纹全息光栅的光刻系统，该光刻系统包括相干光源、分束器、第一反射镜，第二反射镜，第一针孔滤波器，第二针孔滤波器，第一准直透镜，第二准直透镜；第一体布拉格光栅、第二体布拉格光栅、第一光电探测器、第二光电探测器；相干光源发出的光经过分束器后被分成透射光路和反射光路；沿着光传播方向反射光路上依次放置第一反射镜、第一针孔滤波器、第一准直透镜；透射光路上依次放置第二反射镜、第二针孔滤波器、第二准直透镜；反射光路经过第一准直透镜后的光作为第一曝光光束，透射光路经过第二准直透镜后的光作为第二曝光光束；其特征在于：以靠近相干光源端为前，光传播方向为后；第一准直透镜的后方放置第一体布拉格光栅，所述的第一体布拉格光栅口径小于第一准直透镜口径，且第一曝光光束入射至第一体布拉格光栅的入射角等于第一体布拉格光栅的布拉格角，第一光电探测器放置在第一曝光光束入射至第一体布拉格光栅后的‑1级透射衍射光路上，用于测量其‑1级透射衍光的衍射效率；第二准直透镜的后方放置第二体布拉格光栅，所述的第二体布拉格光栅口径小于第二准直透镜口径，且第二曝光光束入射至第二体布拉格光栅的入射角等于第二体布拉格光栅的布拉格角，第二电探测器放置在第二曝光光束入射至第二体布拉格光栅后的‑1级透射衍射光路上，用于测量其‑1级透射衍光的衍射效率。...

【技术特征摘要】
1.一种制作平行等间距条纹全息光栅的光刻系统，该光刻系统包括相干光源、分束器、第一反射镜，第二反射镜，第一针孔滤波器，第二针孔滤波器，第一准直透镜，第二准直透镜；第一体布拉格光栅、第二体布拉格光栅、第一光电探测器、第二光电探测器；相干光源发出的光经过分束器后被分成透射光路和反射光路；沿着光传播方向反射光路上依次放置第一反射镜、第一针孔滤波器、第一准直透镜；透射光路上依次放置第二反射镜、第二针孔滤波器、第二准直透镜；反射光路经过第一准直透镜后的光作为第一曝光光束，透射光路经过第二准直透镜后的光作为第二曝光光束；其特征在于：以靠近相干光源端为前，光传播方向为后；第一准直透镜的后方放置第一体布拉格光栅，所述的第一体布拉格光栅口径小于第一准直透镜口径，且第一曝光光束入射至第一体布拉格光栅的入射角等于第一体布拉格光栅的布拉格角，第一光电探测器放置在第一曝光光束入射至第一体布拉格光栅后的-1级透射衍射光路上，用于测量其-1级透射衍光的衍射效率；第二准直透镜的后方放置第二体布拉格光栅，所述的第二体布拉格光栅口径小于第二准直透镜口径，且第二曝光光束入射至第二体...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹文龙，李朝明，吴建宏，陈新荣，蔡志坚，刘全，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32