Устройство для изготовления периодических структур

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может найти применение, например, дня итотовленил шаблонов, шкал и дифракционных решеток . Устройство содерлит последовательно установленные и оптически слизанные источник 1 когерентного излучения , расширитель 2 пучка, эталонную структуру 3, ориентированную по нормали к оптической оси распьрнтеля и размещенную на каретке 8, которая ус

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

COLlHAЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ((9(SU(IIl 1 6 2 щ) С 02 В 27/42

Ж

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4638736/10 (22) 16. 01.89 (46) 15. О1. 91. Вюл. h"- 2. (71) Институт электроники А11 ВССР (72) В.А.Пилипович, A.В,Романов, В.ФЛрмолицкий и А. В. Богданович (53) 535.853.31(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1280581, кл. G 02 В 27/42, 04.11.85.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1420585, кл. G 02 В 27/42, 02.12.86.

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИВГОТОВЛЕНИЯ ПЕРИОДИЧГСКИХ СТРУ1<ТУР (57) Изобретение относится к оптическому приборостроению и может найти применение, например, для изготовления шаблонов, шкал и диЛракционных решеток. Устройство содержит последовательно установленные и оптически связанные источник 1 когерентног0 излучения, расширитель 2 пучка, эталонную структуру 3, ориентированную по нормали к оптической осп расширителя и размешенную на каретке 8, которая ус%,1620972 а = 2f tg(arcsinmkЧ), где

40 тановлена с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном штрихам эталонной структуры, а также пер" вый 4 и второй 5 объективы, оптические 5 оси которых совмещены с осью расшири..теля Z, При этом устройство снабжено двумя адномолевыми световодами 6 и 7, входные торцы которых расположены в факальной плоскости объектива 4 на 10 пути симметричных поряцков дифракции, реализуемой на эталонной структуре 3.

Выходные торцы световадов расположены на линии пересечения передней факальной плоскости объектива 5 и плоскости,)5 перпендикулярной штрихам эталонной структуры и проходящей через совмещенную ось объективов 4 и 5 на одинако вом расстоянии от этой оси, но с праИзобретение относится к оптическому. приборостроению и мажет найти применение, например, для изготовления шаблонов, шкал и дифракционных решеток.

Целью изобретения является павы в 30 шение точности изготовления периодических структур путем уменьшения влияния изменения. толщины подложки эталонной,структуры.

На чертеже изображена Схема предла-35 гаемого устройства.

Устройство содержит источник

1 когерентного излучения, расширитель 2 пучка, эталонную структуру 3, объективы 4 и 5, оптические одномодовые световоды 6 и 7, подвижную каретку 8. Позицией 9 обозначена заготовка со светочувствительным слаем.

Расширитель 2 расположен на пути 45 ,пучка от источника 1,излучения. За расширителем 2 установлена оптически связанная с ним эталонная структура

3, которая ариентиравана по нормали к оптической оси расширителя. За эта. лонной структурой установлен объектив 4, оптическая ась которого совпадает с осью расширителя как и оптическая ось объектива 5. Входные торцы световодав 6 и 7 расположены в факаль-

55 ной плоскости объектива 4 на пути симметричных порядков дифракции, реализу мой на этапанной структуре 3. Выходные торцы светаводов 6 и 7 распативаполажной, чем соответствующие входные торцы, стороны от нее. Приведено соотношение для определения расстояния а между входными торцами светаводов б и 7. в зависимости от фокусного расстояния f объектива 5, номер ш порядков ди*ракции, пространственной частоты у эталонной структуры 3 и длины волны источника 1. За объективам 5 на подвижной каретке 8 устайовлена заготовка 9 са светочувствительным. слоем, на котором при перемещении каретки записывается периодическая структура с частотой — 2 %9.

При этом благодаря уменьшению влияния изменения толщины подложки эталонной структуры 3 повышается точность изго-! томления структур. 1 ил.. ложены на линии пересечения передней фокальной плоскости объектива 5 и плоскости, перпендикулярной штрихам эталонной структуры 3 и проходящей через совмещенную ось объективов 4 . и 5 на одинаковом расстоянии от этой оси, но с противоположной, чем саатветствующи вхадные торцы, стороны от нее. Расстояние а между выходными торцами световодав определяется соотношением

Г " фокусное расстояние объектива 5;

m — номер порядков дифракции; пространственная частота эталонной структуры 3;

9— длина волны источника 1 излучения.

Зталонная структура 3 размещена на каретке 8, которая установлена с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном штрихам эталонной структуры 3. На подвижной каретке 8 за объективом 5 установлена заготовка 9.

Устройство работает следующим обра- зам. Выходящий из источника 1 кагерент" ного излучения пучок расширяется расширителем 2 и падает нормально на эта-. лонную структуру 3, Испытав дифракцию на структуре 3, пучок проходит объек1620972

2,405 Л с р (п2-и 2) т или 2Ь < 4,8 мкм. 55

Выбираем световод с диаметром сердт о цевины 2Ь=4 мкм. Для эффективного ввода ю в излучения в световод необходимо, чтобы ж были равны числовые апертуры световода тив 4, в фокальной плоскости которого 1 формируется система дифракционных порядков ° Два симметричных порядка проходят световоды 6 и 7 и попадают в

1 5 объектив 5. За объективом 5 под углом друг к другу распространяются два коллимИрованных пучка, которые формируют интерференционную картину в плоскости заготовки 9. Пространственная частота ц интерференционной картины равна ц = 2m/. (2)

При перемещении каретки 8 с эталонной структурой 3 и заготовкой 9 в направлении, перпендиКулярном оси освещающего пучка, полосы в интерференционной картине остаются неподвижными относительно поверхности заготовки, и по ее длине формируется периодическая структура. 20

Пример. В качестве источника

1 взят He-Ne-лазер ЛГН-215 (Я =.

0,63 мкм). Пройдя расширитель 2 с увеличением = 1,5, пучок диаметром

4,5 мм падает на эталонную структуру 25

3, период которой равен 20 мкм. Испытав дифракцию на эталонной структуре, пучок проходит объектив 4, в фоклльной плоскости которого формируется система дифракционных порядков. В месте фокусировки двух симметричных порядков (+1) расположены входные торцы световодов 5 и 6. Параметры расширителя 2, объекгива 4 и световодов 5 и 6 выбираются, исходя из условия обе35 спечения работы световода в одномодовом режиме и обеспечения максимальной эффективности ввода излучения. Условия работы световода в одномодовом режиме имеют вид 40

k b (n — n ) 2,405, ф где К = 211/ ;

n — показатели преломления материалов сердпенины и оболочки световода;

2Ь вЂ” диаметр сердцевины.

Например, для n - n.!2 = 0,003;

= 0,63 мкм, получается условие для

2Ь б

11Ас и объектива МА, а также диаметр сфокусированного на торце световодл лучка и диаметр сердцев»ны. В нашем случае ИАс = (n — n ) / "-0 1: NA л 1 рЯ = Ю s/f „, где 2Я вЂ” диаметр падающего нл объектив 4 пучка; Г1 — фокусное расстояние этого объектива. Полагая

NA< = ИАс и Учитывал, что 2 (31

4,5 мм, получаем для фокусного расстояния объектива Г = 22,5 мм. Диаметр 2 (падающего на объектив 4 пучка, диаметр 2(0< пучка в его фокусе и фокусное расстояние объектива связаны следующим соотношен»ем (72 =

Яг

763< (3)

Подставляя в (3) лйден ы значения параметров, получлем 2Ы =- 4 мкм, что согласуется с диаметром серу,цев»ны световода. Расстояние между выходными торцами световодов определяеTcH сооТ ношением (1). Полагая фокусное рлсстояние объектива 5 pBRHI: 40 мм, получаем л = 2,52 мм.

В результат е интерференц|ш»рошедших объектив 5 »лрлллельных пучков в плоскости заго говк» 9 формируется интерференц»ош|ля карт»нл, пространственная члстотл которой рллнл 2 — 100 лин. /мм. Этллоннля структурл 3 и заготовкл 9 размещены нл клретке 8 прецизионного устройствл перемещен»я с аэростат»ческими нлпрлвляющ»ми. При перемещении каретки, напр»мер, с поMoIIIbF) линейного электродв»глтеля, по длине заготовки формируется периодическая структура.

Формула и з о б р е т е н и я

Устройство для изготовления периодических структур, содержащее последовательно установленные и оптически связанные источник когерентного иэлучеиия, расширитель пучка, эталонную структуру, ориентированную по нормали к оптической ос» расширителя и размещенную на каретке, которая установлена с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном штрихам эталонной структуры,,-; также первый и второй объективы, причем оптические си второго объектива и расширителя овМещены, о т л.и ч а ю щ е е с.я ем, что, с целью повышения точности зготовления путем уменьшения влияния олщины подложки эталонной структуры, но снабжено двумя одномодовыми светоодами, входные торцы которых располоены в фокальной плоскости первого где f " фокусное расстояние второго объектива;

m — номер порядков дифракции; у — пространственная частота эталонной структуры

9длина волны источника излучения °

Составитель В. Кравченко (Редактор Т.Парфенова Техред М.Дидык Корректор М. Самборская

Заказ 4245 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям н открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, д. 4/5

М

Производственно.-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

7 1Б20972 в объектива оптическая ось которогц входные торцы, стороны от нее, а рассовмещена с осью расширителя, на пути стояние а между выходными торцами симметричных порядков дифракции, реа- световодов определяется иэ соотношелизуемой на эталонной структуре вы- ння

5 ходные торцы световодов расположены на линии пересечения передней фокальа = 2йср(агcsinmé), ной плоскости второго объектива и плоскости, перпендикулярной штрихам эталонной структуры и проходящей чеО рез совмещенную ось объективов, на одинаковом расстоянии от. этой оси, но с противоположной, чем соответствующие