温度对复制光栅衍射波前的影响

    1　引言

    由于光栅复制技术的成功,使得高分辨本领光栅和光栅光谱仪得到了广泛应用。但是,要对原刻母板光栅进行高保真复制却不是一件容易的事。目前对光栅检测的主要技术指标有:衍射效率、罗兰鬼线、莱曼鬼线、分辨率、衍射波前图等[1],而最常检测的是衍射效率和衍射波前图。这里主要分析复制光栅衍射波前图的保真问题。

    2　光栅面形变化对衍射波前图的影响

    2.1　影响复制光栅面形的因素

    尽管“一次法”复制光栅延用至今已有三十多年的历史,但由于光栅是高精度的分光元件,它的刻线在每毫米1200条线,甚至2400条线,完全达到保真复制只能在理想状态下,而这种理想状态往往是不存在的。

    所谓“一次法”复制光栅,就是在高真空条件下在母光栅的表面蒸镀一层极薄的油膜,油膜上再蒸膜一层铝膜,然后将母光栅放入60℃的烤箱内,布上一层环氧树脂胶,压上清洁过的玻璃毛坯,用夹具固定,并加上适当重量,待树脂胶完全固化后,将复制制品从油膜处与母光栅分离开,即得到一块复制光栅。

    在复制过程中影响复制光栅面形的因素很多。如:光栅在真空内卡具造成的受力不均,母光栅在真空室内的位置和蒸发源的距离造成的油和铝蒸镀不均匀,在烤箱内夹具和压重造成的受力不均,温度的变化等等,本文主要对温度所造成的影响加以分析。

    2.2　温度对光栅面形的影响

    光栅的基体大部分是光学玻璃,温度变化将会使基体热涨冷缩,从而引起光栅的复杂变化,导致光栅衍射波前图发生变化,这种变化可在泰曼干涉仪上显示。为了看得更直观,更准确,我们在激光数字波面干涉仪上绘出立体阵面图。图1是将光栅AD在15W白炽灯下烤10分钟后马上测试的结果。图2是将AD稳定15分钟后测得的结果,比较两张波前图,显而易见,前者Em=0.291λ,后者Em=0.21λ且峰谷误差值也有较大变化。即:由PV=0.538λ降到PV=0.396λ,很显然,前者是由于白炽灯的烘烤使光栅基体各部位温度不均衡引起面形较差;后者则通过一段时间的稳定,各部位温度趋于均衡。那么面形到底与波前象差有怎样的关系呢?

    2.3　关于面形改变与波前象差的分析

    由于温度变化使光栅基体向各方向发生热涨冷缩,即使光栅面形出现了沿X、Y、Z轴的三维立体变化。设沿刻槽方向为X轴,与刻槽垂直的方向为Y轴,与光栅面垂直方向为Z轴,如图3。

    由图3可知沿X轴方向分量的变化不会对光栅物理性质有什么影响,主要是Y轴和Z轴分量的影响。我们对这两个方向进行如下分析。