制作平面全息光栅的离轴抛物镜/洛埃镜干涉系统

　　1　引　言

　　与机械刻划光栅相比,全息光栅具有不存在随机或周期性误差引起的“鬼线”,信噪比高[1],制造周期短和成本相对较低等诸多优点,尤其是球面-非球面全息光栅还可以集色散、成像、消像差和波段展宽等功能于一身,大大简化光谱仪器的结构。离子束刻蚀技术的发展又进一步推动了全息光栅的发展,由此闪耀全息光栅应运而生,全息光栅与离子束刻蚀技术的成功结合,极大地提高了全息光栅的衍射效率[2-5]。因此,从紫外到可见光波段,全息光栅在常规型光谱仪器领域中的使用日趋普遍,需求量巨大。

　　全息光栅是利用光刻胶记录两相干光束的干涉条纹,然后经显影工艺转化为浮雕轮廓制作而成的[6]。激光干涉系统即曝光系统的性能直接影响全息光栅的质量。就平面全息光栅的制作而言,要求激光光束经曝光系统后产生两束平面波,光刻胶记录的是等间距的直线形干涉条纹。两干涉光束来自同一光源通过分振幅或分波前来获得[7]。分振幅需两套准直系统,光路较为复杂,调试难度较大,制作大口径全息光栅需采用此类曝光系统[8]。分波前干涉系统则光路相对简单,调试较为容易,制作中、小口径全息光栅采用此类曝光系统较为合适。分波前曝光系统按照调整反射镜的数量可分为双反射镜系统和单反射镜系统[9-10]。双反射镜系统通常需要一块同轴使用的准直球面镜或抛物镜为其提供平行光,故至少需要3块反射镜。单反射镜系统则利用洛埃镜原理设置光路,故只需两块镜子,而且可把洛埃镜和待制作光栅基底安装于同一基座,抗外界扰动方面要优于双反射镜系统,系统装调方便且结构稳定[11]。但是,如何选择为洛埃镜提供平行光的准直镜,将直接决定全息光栅的衍射波前质量,衍射波前则影响光栅的分辨本领。

　　鉴于此,本文在对离轴抛物镜/洛埃镜系统、单透镜/洛埃镜系统、球面反射镜/洛埃镜系统和双分离透镜/洛埃镜系统等单反射镜干涉曝光系统做出系统评价的基础上,选择离轴抛物镜/洛埃镜系统作为研制平面全息光栅的干涉曝光系统。目前,所研制的干涉曝光系统已投入全息光栅的制作中。

　　2　全息光栅曝光系统的设计

　　2.1　曝光系统工作原理及反射镜规格

　　为了叙述方便,以最后选取并研制的离轴抛物镜/洛埃镜干涉系统为例予以说明。如图1所示,激光束经空间滤波器后变成球面波到达准直反射镜,经准直后变成平行光(平面波);在准直反射镜的对面放置调整反射镜,通过改变调整反射镜的方向,使其反射光与来自于准直反射镜的平行光之间的夹角符合待制作光栅刻线密度的要求,在这两束反射平行光形成的干涉场中放置涂有光致抗蚀剂的光栅基底来记录干涉条纹。