全息凹面光柵負一級光刻膠監測系統技術方案

本發明專利技術的全息凹面光柵負一級光刻膠監測系統，包括：監測激光源、凸透鏡、光功率計、以及處理器，其中，監測激光源相對于全息凹面光柵中心設置，而且其與所述全息凹面光柵中心的連線與水平面平行，凸透鏡設置在所述監測激光源和全息凹面光柵中心的連線上，用于將所述監測激光源發出的激光擴束，使擴束后的光覆蓋所述全息凹面光柵的曝光面，而光功率計相對于所述全息凹面光柵負一級衍射聚焦點設置，以便其接收面能接收激光光源經所述全息凹面光柵的曝光面所形成的衍射光，處理器將所述光功率計接收到的光信號進行處理后即可獲得衍射效率的變化曲線，由此實現對全息凹面光柵曝光過程的實時監控。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及全息光學領域，特別涉及一種全息凹面光柵負一級光刻膠監測系統。
技術介紹
光柵也稱衍射光柵，是利用多縫衍射原理使光發生色散(分解為光 譜)的光學元 件。全息凹面光柵是用全息曝光技術在凹面上制作的光柵，它同時具有分光和聚焦元件的 特性，可以作為光譜儀器唯一的光學元件而無需準直鏡和聚集鏡，使得儀器結構簡單、小型 化，進而大大降低儀器成本，并且可以根據光譜分析的需要設計制作出各種刻線數的全息 凹面光柵。與機刻光柵相比，它又具有一般全息光柵的許多優點，如刻線均勻，無鬼線，刻劃 面積大，刻線密度高等。目前全息凹面光柵廣泛應用于攝譜儀、掃描單色儀、直讀光譜儀、同 位素光譜分析儀以及光纖通信網中的波分復用器等等。全息凹面光柵的制作過程中至關重要的一步就是曝光，如圖1所示，He-Cd激光器 11發出一束He-Cd激光經反射鏡12反射到三棱鏡14上分為兩束光強相近的相干光束，再 分別經反射鏡13、15反射到兩凸透鏡16、17擴束，在全息凹面光柵基片的曝光面上進行曝 光，由此可見，曝光時間的控制、激光光強的大小直接影響到最后全息凹面光柵的質量，而 全息凹面光柵負一級衍射效率又會直接影響光譜分析儀器的光譜分析能力，過曝光和曝光 不足都會造成全息凹面光柵負一級衍射效率的下降。目前，國內對于全息凹面光柵曝光過 程中負一級衍射光衍射效率的掌握和控制還停留在依靠經驗的層面上，沒有儀器進行實時 監測。因此，迫切需要研發一種在全息凹面光柵曝光過程中對曝光進行實時監控的系 統。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種全息凹面光柵負一級光刻膠監測系統，以實現對全息 凹面光柵曝光過程的實時監控。為了達到上述目的及其他目的，本專利技術的全息凹面光柵負一級光刻膠監測系統， 包括用于提供一種光刻膠不敏感的激光光源的監測激光源，其相對于全息凹面光柵中心 設置，且使其與所述全息凹面光柵中心的連線與水平面平行；設置在所述監測激光源和全 息凹面光柵中心的連線上的凸透鏡，用于將所述監測激光源發出的激光擴束，使擴束后的 光覆蓋所述全息凹面光柵的曝光面；相對于所述全息凹面光柵負一級衍射聚焦點設置的光 功率計，使其接收面能接收激光光源經所述全息凹面光柵的曝光面所形成的衍射光，其中， 所述激光光源來自所述監測激光源；以及與所述光功率計相連接的處理器，用于將所述光 功率計接收到的光信號進行處理以獲得衍射效率的變化曲線。其中，所述監測激光源發出的平面光波與所述全息凹面光柵中心軸所成角度在 二十度與三十度之間，且與水平面平行。其中，所述監測激光源發出的激光經所述凸透鏡擴束后的球面光波為所述全息凹面光柵曝光面的兩倍。 較佳的，所述光功率計的接收面放置在所述全息凹面光柵負一級衍射聚焦點后10 毫米處。較佳的，所述監測激光源為半導體激光器。較佳的，所述處理器為計算機，其通過串口與所述光功率計連接。綜上所述，本專利技術的全息凹面光柵負一級光刻膠監測系統通過實時監測全息凹面 光柵曝光時的負一級的衍射光光強，由此實現對全息凹面光柵光刻膠曝光厚度的實時監 控。附圖說明圖1為現有全息凹面光柵制作光路圖。圖2為本專利技術的全息凹面光柵負一級光刻膠監測系統整體結構示意圖。圖3為本專利技術的全息凹面光柵負一級光刻膠監測系統所監測的全息凹面光柵曝 光前的示意圖。圖4為本專利技術的全息凹面光柵負一級光刻膠監測系統所監測的全息凹面光柵曝 光后的光刻膠分子變化示意圖。圖5為本專利技術的全息凹面光柵負一級光刻膠監測系統獲得的負一級衍射光光強 變化曲線。具體實施例方式請參閱圖2，本專利技術的全息凹面光柵負一級光刻膠監測系統至少包括監測激光 源1、凸透鏡2、光功率計5、以及處理器6等。所述監測激光源1用于提供一種光刻膠不敏感的激光光源，其相對于全息凹面光 柵中心設置，且使其與所述全息凹面光柵中心的連線與水平面平行。在本實施例中，采用的 光刻膠是1813，其為正性光刻膠，其對光波的響應為近紫外和紫外波段，因此它對He-Cd激 光(441. 6nm)有較好的響應，而對于半導體激光基本沒有響應，因此，可采用He-Cd激光作 為制作光源，而所述監測激光源1可使用半導體激光作為測試光源，并使半導體激光器發 出的平面光波與所述全息凹面光柵中心軸所成角度在二十度與三十度之間，且與水平面平 行。所述凸透鏡2設置在所述監測激光源1和全息凹面光柵中心的連線上，用于將所 述監測激光源1發出的激光擴束，使擴束后的光覆蓋所述全息凹面光柵的曝光面。在本實 施例中，所述凸透鏡將所述監測激光源發出的激光擴束后形成球面光波，所述球面光波為 所述全息凹面光柵曝光面的兩倍。所述光功率計5相對于所述全息凹面光柵負一級衍射聚焦點設置，使其接收面能 接收激光光源經所述全息凹面光柵的曝光面所形成的衍射光，其中，所述激光光源來自所 述監測激光源1。在本實施例中，所述光功率計5的接收面放置在所述全息凹面光柵負一級 衍射聚焦點后10毫米處。 所述處理器6與所述光功率計5相連接的，用于將所述光功率計5接收到的光信 號進行處理以獲得衍射效率的變化曲線，在本實施例中，其為計算機，通過串口和光功率計相連接。 本專利技術的全息凹面光柵負一級光刻膠監測系統的工作原理如下He-Cd激光7、8作為全息凹面光柵制作光源時，He-Cd激光7、8經兩凸透鏡16、 17分別會聚于18、19形成點光源，然后在全息凹面光柵基片4上干涉，形成明暗相間的條 紋。其中，明條紋處光強強度遠大于暗條紋處，明條紋處光刻膠分子改變速率亦遠大于暗條 紋處。改變后的光刻膠10(如圖4所示)，折射率相比未改變的光刻膠9(如圖3所示)降 低，因此隨曝光時間的增加明條紋處光刻膠折射率也緩慢下降。根據這一點，可將曝光后明 條紋處的光刻膠厚度等效為一個低厚度的暗條紋處的光刻膠，隨著曝光時間的增加，明條 紋厚度等效為暗條紋的厚度越來起低。進一步可以將正在曝光的全息凹面光柵基片4等效 為一個隨曝光時間增加光柵凹槽不斷降低的全息凹面光柵成品。凸透鏡2所形成的球面光 波照射正在曝光的全息凹面光柵基片4的曝光面上，其負一級衍射光經全息凹面光柵自身 的聚焦作用聚集于光功率計5上。全息凹面光柵凹槽越深，負一級衍射光光強越強，隨曝光 時間的增加，等效后的全息凹面光柵凹槽越來越深，負一級衍射光的光強也越來越大，直到 明條紋處光刻膠分子不再改變時，此時負一級衍射光光強最高，曝光完成。如果繼續曝光， 隨著時間的增加暗條紋處光刻膠分子繼續緩慢改變，但此時明條紋處光刻膠分子已不再改 變，明條紋處等效為暗條紋處光刻膠厚度會緩慢變高，負一級衍射光強會緩慢降低，由此， 經過計算機的處理后可獲得如圖5所示的衍射效率曲線。綜上所述，本專利技術的全息凹面光柵負一級光刻膠監測系統通過計算機對光功率計 所接收到的光強信號的處理，獲得衍射效率曲線，由此實現對全息凹面光柵光刻膠曝光厚 度的實時監控。上述實施例僅列示性說明本專利技術的原理及功效，而非用于限制本專利技術。任何熟悉 此項技術的人員均可在不違背本專利技術的精神及范圍下，對上述實施例進行修改。因此，本發 明的權利保護范圍，應如權利要求書所列。權利要求一種全息凹面光柵負一級光刻膠監測系統，其特征在于包括用于提供一種光刻膠不敏感的激光光源的監測激光源，其相對于全息凹面光柵中心設置，且使其與所述全息凹面光柵中心的連線與水平面平行；本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種全息凹面光柵負一級光刻膠監測系統，其特征在于包括：用于提供一種光刻膠不敏感的激光光源的監測激光源，其相對于全息凹面光柵中心設置，且使其與所述全息凹面光柵中心的連線與水平面平行；設置在所述監測激光源和全息凹面光柵中心的連線上的凸透鏡，用于將所述監測激光源發出的激光擴束，使擴束后的光覆蓋所述全息凹面光柵的曝光面；相對于所述全息凹面光柵負一級衍射聚焦點設置的光功率計，使其接收面能接收激光光源經所述全息凹面光柵的曝光面所形成的衍射光，其中，所述激光光源來自所述監測激光源；與所述光功率計相連接的處理器，用于將所述光功率計接收到的光信號進行處理以獲得衍射效率的變化曲線。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃元申，皮道銳，田鑫，張大偉，倪爭技，莊松林，
申請(專利權)人：上海理工大學，
類型：發明
國別省市：31[中國|上海]