專利名稱：利用多個(gè)長方體基片制作微階梯反射鏡階梯結(jié)構(gòu)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制作微階梯反射鏡階梯結(jié)構(gòu)的裝置，特別涉及一種利用多個(gè)長方 體基片制作微階梯反射鏡階梯結(jié)構(gòu)的裝置。
背景技術(shù)：
具有多個(gè)臺(tái)階的微反射鏡是一種光的反射器件，在光學(xué)系統(tǒng)中有著越來越廣泛的 應(yīng)用，如光譜分析、光束整形和光纖耦合等。隨著光學(xué)系統(tǒng)向體積小、結(jié)構(gòu)緊湊方向發(fā)展，光學(xué)系統(tǒng)中的器件微型化成為光學(xué) 器件的一個(gè)重要研究課題，微型光學(xué)器件設(shè)計(jì)與制作水平直接決定光學(xué)儀器的性能。目 前，通過二元光學(xué)技術(shù)可以在石英等多種材料襯底上經(jīng)過多次光刻和多次腐蝕(干法或濕 法)制備多級(jí)階梯微結(jié)構(gòu)，但是，這種方法存在以下缺點(diǎn)1、因多次套刻，水平精度難以保 證；2、腐蝕或刻蝕深度難以精確控制，精度和重復(fù)性較差，因而階梯高度控制精度低、重復(fù) 性差；3、腐蝕或刻蝕出的反射鏡表面粗糙度難以滿足光學(xué)儀器要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種階梯高度控制精度高、重復(fù)性好，并且能夠 保證微階梯反射鏡水平精度和表面粗糙度的利用多個(gè)長方體基片制作微階梯反射鏡階梯 結(jié)構(gòu)的裝置。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的利用多個(gè)長方體基片制作微階梯反射鏡階梯結(jié) 構(gòu)的裝置包括標(biāo)準(zhǔn)塊，第一基底，第二基底，微調(diào)節(jié)架，滑動(dòng)調(diào)節(jié)片；所述標(biāo)準(zhǔn)塊固定于第一 基底上靠近左側(cè)的位置，微調(diào)節(jié)架固定于第一基底的右側(cè)；滑動(dòng)調(diào)節(jié)片位于第一基底上靠 近右側(cè)的位置；帶有金屬刻度線的第二基底一端放置在標(biāo)準(zhǔn)塊與第一基底的接觸夾角處， 另一端懸在滑動(dòng)調(diào)節(jié)片的上方；滑動(dòng)調(diào)節(jié)片可在微調(diào)節(jié)架的作用下在第一基底上移動(dòng)，以 調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)塊右側(cè)面與第二基底上表面之間的夾角。制作N級(jí)微反射鏡階梯結(jié)構(gòu)需采用N個(gè)形狀和尺寸都相同的長方體基片。將各 長方體基片依次整齊疊放在第二基底上，使第一片基片的左側(cè)面與標(biāo)準(zhǔn)塊的右側(cè)面共面接 觸，并且各基片的右側(cè)面與相鄰基片的左側(cè)面共面接觸；只要第二基底的上表面與標(biāo)準(zhǔn)塊 的右側(cè)面不垂直，則由于基片為長方體，其左、右側(cè)面垂直于下表面，各基片的下表面之間 就會(huì)形成一定的高度差，即各基片形成階梯結(jié)構(gòu)。通過固定在第一基底上的微調(diào)節(jié)架調(diào)整 滑動(dòng)調(diào)節(jié)片的位置，即可改變第二基底上表面與標(biāo)準(zhǔn)塊右側(cè)面之間的夾角，從而改變各基 片形成的階梯結(jié)構(gòu)的臺(tái)階高度。根據(jù)微階梯反射鏡的階梯結(jié)構(gòu)尺寸預(yù)先計(jì)算出第二基底 上表面與標(biāo)準(zhǔn)塊右側(cè)面之間的夾角，再利用該夾角和滑動(dòng)調(diào)節(jié)片的尺寸計(jì)算出滑動(dòng)調(diào)節(jié)片 左側(cè)面與標(biāo)準(zhǔn)塊右側(cè)面之間的設(shè)定距離，然后找到與該設(shè)定距離對(duì)應(yīng)的第二基底上的對(duì)應(yīng) 金屬刻度線；調(diào)整微調(diào)節(jié)架，使滑動(dòng)調(diào)節(jié)片與第二基底之間的接觸線對(duì)準(zhǔn)上述相應(yīng)金屬刻 度線，然后鎖緊微調(diào)節(jié)架將第二基底和滑動(dòng)調(diào)節(jié)片之間的相對(duì)位置鎖緊固定。將N個(gè)長方 體基片依次整齊疊放在第二基底上，第一片基片的左側(cè)面與標(biāo)準(zhǔn)塊的右側(cè)面共面接觸，各基片的右側(cè)面與相鄰基片的左側(cè)面共面接觸并固定，即可得到符合設(shè)定尺寸要求的階梯結(jié) 構(gòu)。本發(fā)明由于利用第二基底上表面相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)塊右側(cè)面的傾角，使N個(gè)尺寸相同的 長方體基片形成階梯結(jié)構(gòu)，每層階梯的高度都能精確控制；由于各基片為尺寸相同的長方 體結(jié)構(gòu)，N個(gè)基片的作為反射面的表面能夠同一批次研磨拋光而成，表面面形和粗糙度都能 達(dá)到一致，平面度高，有效提高了微階梯反射鏡階梯表面粗糙度精度、縱向尺寸精度及重復(fù) 性。本發(fā)明還包括垂直擠壓組件和水平擠壓組件；所述垂直擠壓組件包括水平滑桿、 滑塊、縱向滑桿和質(zhì)量塊；水平滑桿的左部固定在標(biāo)準(zhǔn)塊上部，右部懸于各基片的上方；滑 塊與水平滑桿活動(dòng)連接，可相對(duì)于水平滑桿沿水平方向移動(dòng)；縱向滑桿的上端與滑塊固定 連接；質(zhì)量塊與縱向滑桿活動(dòng)連接，可相對(duì)于縱向滑桿沿垂直方向移動(dòng)；所述水平擠壓組 件包括第一、第二擋片，至少兩個(gè)固定螺桿，與固定螺桿數(shù)量相應(yīng)的擠壓螺桿、擠壓彈簧及 擠壓螺母；擠壓彈簧的兩端分別與固定螺桿、擠壓螺桿的一端固定連接，固定螺桿的另一端 與第一擋片固定連接，擠壓螺桿的另一端穿過第二擋片與擠壓螺母螺紋連接；第一擋片與 標(biāo)準(zhǔn)塊的左側(cè)面共面接觸，各基片依次疊放于標(biāo)準(zhǔn)塊與第二擋片之間，第一片基片的左側(cè) 面與標(biāo)準(zhǔn)塊共面接觸，最后一片基片的右側(cè)面與第二擋片共面接觸，旋轉(zhuǎn)擠壓螺母可壓緊 各基片。旋轉(zhuǎn)擠壓螺母，第二擋片將各基片壓緊；移動(dòng)滑塊，同時(shí)控制質(zhì)量塊向下滑動(dòng)依次 擠壓各基片，使各基片與第二基底線接觸，形成階梯結(jié)構(gòu)。由于采用了水平擠壓裝置和垂直擠壓裝置，在利用基片制作階梯結(jié)構(gòu)過程中能夠 在壓緊各基片的同時(shí)依次向下擠壓各基片，進(jìn)一步提高了階梯結(jié)構(gòu)的制作精度。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1為本發(fā)明的利用多個(gè)長方體基片制作微階梯反射鏡階梯結(jié)構(gòu)的裝置結(jié)構(gòu)示 意圖。圖2為第二基底的立體圖。圖3a為基片的主視圖；圖北為基片的立體圖。
具體實(shí)施例方式如圖1、2所示，本發(fā)明的利用多個(gè)長方體基片制作微階梯反射鏡階梯結(jié)構(gòu)的裝置 包括標(biāo)準(zhǔn)塊1，第一基底31，第二基底32，微調(diào)節(jié)架7，滑動(dòng)調(diào)節(jié)片20。所述標(biāo)準(zhǔn)塊1固定 于第一基底31上靠近左側(cè)的位置，微調(diào)節(jié)架7固定于第一基底31的右側(cè)；滑動(dòng)調(diào)節(jié)片20 位于第一基底31上靠近右側(cè)的位置，可在微調(diào)節(jié)架7的作用下在第一基底31上移動(dòng)；帶有 金屬刻度線324的第二基底32 —端放置在標(biāo)準(zhǔn)塊1與第一基底31的接觸夾角處，另一端 懸在滑動(dòng)調(diào)節(jié)片20的上方。本發(fā)明還包括垂直擠壓組件和水平擠壓組件；所述垂直擠壓組 件包括水平滑桿61、滑塊62、縱向滑桿63和質(zhì)量塊64 ；水平滑桿61的左部固定在標(biāo)準(zhǔn)塊 1上部，右部懸于各基片2的上方；水平滑桿61由滑塊62的通孔穿過，滑塊62可相對(duì)于水 平滑桿61沿水平方向移動(dòng)；縱向滑桿63的上端與滑塊62固定連接；縱向滑桿63由質(zhì)量塊64的通孔穿過，質(zhì)量塊64可相對(duì)于縱向滑桿63沿垂直方向移動(dòng)；所述水平擠壓組件包 括第一、第二擋片41、42，至少兩個(gè)固定螺桿43，與固定螺桿43數(shù)量相應(yīng)的擠壓螺桿44、擠 壓彈簧5及擠壓螺母45 ；擠壓彈簧5的兩端分別與固定螺桿43、擠壓螺桿44的一端固定連 接，固定螺桿43的另一端與第一擋片41固定連接，擠壓螺桿44的另一端穿過第二擋片42 與擠壓螺母45螺紋連接；第一擋片41與標(biāo)準(zhǔn)塊1的左側(cè)面共面接觸，各基片2依次疊放于 標(biāo)準(zhǔn)塊1與第二擋片42之間，第一片基片的左側(cè)面與標(biāo)準(zhǔn)塊1共面接觸，最后一片基片的 右側(cè)面與第二擋片42共面接觸，旋轉(zhuǎn)擠壓螺母45可壓緊各基片。制作N級(jí)微反射鏡階梯結(jié)構(gòu)需采用N個(gè)形狀和尺寸都相同的長方體基片，基片的 六個(gè)面分別為左側(cè)面21、右側(cè)面22、上表面23、下表面M、后表面25、前表面26(如圖3a、 : 所示)，其中，左側(cè)面21和右側(cè)面22為較寬的面，其余四個(gè)面為較窄的面?；玫牟?料為硅片、玻璃、二氧化硅、碳化硅、鉬片或石英片等可加工固體材料?；淖髠?cè)面21、右 側(cè)面22的表面粗糙度均達(dá)到0. Inm 1 μ m ；基片的上表面23的表面粗糙度達(dá)到0. Inm 1 μ m，面形達(dá)到0. 1 lOnm，并且各基片的上表面23垂直于其左側(cè)面21和右側(cè)面22。所述第一基底31和第二基底32為長方體形，第一基底31的上表面311和下表面 312較寬，其余表面較窄，第二基底32的上表面321和下表面322較寬，其余表面較窄；要 求第一基底31的上表面311和第二基底32的上表面321、下表面322的表面粗糙度達(dá)到 0. Inm 1 μ m ；第二基底32的左側(cè)面323的表面粗糙度達(dá)到0. Inm 1 μ m,并且第二基底 32的上表面321平行于下表面322，左側(cè)面323垂直于其上表面321 ；由于第二基底32的 左側(cè)面323表面粗糙度較小，并垂直于其上表面321和下表面322，因而能夠與標(biāo)準(zhǔn)塊1的 右側(cè)面12完全線接觸，保證了第二基底32角度調(diào)節(jié)的精度；第一基底31和第二基底32采 用硅、玻璃、二氧化硅、碳化硅、鉬或石英等可加工固體材料研磨并拋光制成。如圖2所示，第二基底32的下表面322制備有金屬刻度線324。該金屬刻度線324 采用下述方法制備在第二基底32的下表面322上采用磁控濺射或射頻濺射或離子束濺射 或直流濺射或電子束蒸發(fā)或熱蒸發(fā)方法蒸鍍或?yàn)R射10 300nm的金屬膜，然后涂光刻膠、 掩模曝光、顯影，形成等間距(間距為500μπι)的膠線條，膠線條寬500μπι;在酸溶液中腐 蝕掉未被光刻膠覆蓋的金屬膜，然后去膠，形成間距為500 μ m的金屬刻度線。金屬刻度線 324與第二基底32的左側(cè)面323平行，該金屬刻度線用于調(diào)節(jié)距離的準(zhǔn)確標(biāo)定。所述標(biāo)準(zhǔn)塊1為長方體，其左側(cè)面11和右側(cè)面12較寬，其余面較窄；要求標(biāo)準(zhǔn)塊 1的右側(cè)面12和下表面13的表面粗糙度達(dá)到0. Inm 1 μ m,并且要求標(biāo)準(zhǔn)塊1的右側(cè)面 12垂直于下表面13。標(biāo)準(zhǔn)塊1置于第一基底31的一端，其下表面13與第一基底31的上 表面311共面接觸并粘接固定。滑動(dòng)調(diào)節(jié)片20可采用與基片形狀、尺寸、材料及表面技術(shù)要求(表面粗糙度和平 面度)都相同的長方體?；瑒?dòng)調(diào)節(jié)片20平放在第一基底31上，其下表面與第一基底31的 上表面311共面接觸，其左側(cè)面201靠近標(biāo)準(zhǔn)塊1 ；滑動(dòng)調(diào)節(jié)片20可以在第一基底31的上
面滑動(dòng)。第二基底32的一端放置在標(biāo)準(zhǔn)塊1與第一基底31的接觸夾角處，另一端懸在滑 動(dòng)調(diào)節(jié)片20的上方，第二基底32分別與第一基底31、標(biāo)準(zhǔn)塊1和滑動(dòng)調(diào)節(jié)片20線接觸。 通過固定在第一基底31上的微調(diào)節(jié)架7調(diào)節(jié)滑動(dòng)調(diào)節(jié)片20的位置，即可改變第二基底32 的上表面與標(biāo)準(zhǔn)塊1右側(cè)面之間的夾角，從而改變各基片形成的階梯結(jié)構(gòu)的臺(tái)階高度。
5
將各長方體基片2依次整齊疊放在第二基底32上，使第一片基片的左側(cè)面21與 標(biāo)準(zhǔn)塊1的右側(cè)面12共面接觸，各基片2的右側(cè)面22與相鄰基片的左側(cè)面21共面接觸； 只要第二基底32的上表面321與標(biāo)準(zhǔn)塊1的右側(cè)面12不垂直，則由于基片2為長方體，其 左、右側(cè)面21、22垂直于下表面M，各基片2的下表面M之間就會(huì)形成一定的高度差，即 各基片形成階梯結(jié)構(gòu)。根據(jù)微階梯反射鏡的階梯結(jié)構(gòu)尺寸預(yù)先計(jì)算出第二基底上表面321 與標(biāo)準(zhǔn)塊右側(cè)面12之間的夾角，再利用該夾角和滑動(dòng)調(diào)節(jié)片20的尺寸計(jì)算出滑動(dòng)調(diào)節(jié)片 20左側(cè)面201與標(biāo)準(zhǔn)塊右側(cè)面12之間的設(shè)定距離，然后找到與該設(shè)定距離對(duì)應(yīng)的第二基 底32上的對(duì)應(yīng)金屬刻度線。調(diào)整微調(diào)節(jié)架7，使滑動(dòng)調(diào)節(jié)片20與第二基底32之間的接觸 線對(duì)準(zhǔn)上述相應(yīng)金屬刻度線，然后鎖緊微調(diào)節(jié)架7將第二基底32和滑動(dòng)調(diào)節(jié)片20之間的 相對(duì)位置鎖緊固定。將N個(gè)長方體基片依次整齊疊放在第二基底32上，第一片基片的左側(cè) 面21與標(biāo)準(zhǔn)塊1的右側(cè)面12共面接觸，各基片的右側(cè)面22與相鄰基片的左側(cè)面21共面 接觸；然后旋轉(zhuǎn)擠壓螺母45，使第二擋片42壓緊各基片；移動(dòng)滑塊62，同時(shí)控制質(zhì)量塊64 向下滑動(dòng)依次擠壓各基片，使各基片與第二基底32的上表面321線接觸，即可得到符合設(shè) 定尺寸要求的階梯結(jié)構(gòu)。所述的質(zhì)量塊和第一基底、第二基底材料可采用熔石英、鉬片、碳化硅、玻璃或二
氧化硅。本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，第一基底、第二基底、標(biāo)準(zhǔn)塊及滑動(dòng)調(diào)節(jié)片還可以采 用其他的幾何形狀，只要滿足標(biāo)準(zhǔn)塊右側(cè)面與第二基底上表面之間不垂直即可。因而在本 發(fā)明權(quán)利要求1技術(shù)方案基礎(chǔ)上作出的任何簡單變形都在本發(fā)明意圖保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種利用多個(gè)長方體基片制作微階梯反射鏡階梯結(jié)構(gòu)的裝置，其特征在于包括標(biāo)準(zhǔn) 塊(1)，第一基底(31)，第二基底(32)，微調(diào)節(jié)架(7)，滑動(dòng)調(diào)節(jié)片00)；所述標(biāo)準(zhǔn)塊(1)固 定于第一基底(31)上靠近左側(cè)的位置，微調(diào)節(jié)架(7)固定于第一基底(31)的右側(cè)；滑動(dòng)調(diào) 節(jié)片00)位于第一基底(31)上靠近右側(cè)的位置；帶有金屬刻度線(3M)的第二基底(32) 一端放置在標(biāo)準(zhǔn)塊(1)與第一基底(31)的接觸夾角處，另一端懸在滑動(dòng)調(diào)節(jié)片OO)的上 方；滑動(dòng)調(diào)節(jié)片OO)可在微調(diào)節(jié)架(7)的作用下在第一基底(31)上移動(dòng)，以調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)塊右 側(cè)面(12)與第二基底上表面(321)之間的夾角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用多個(gè)長方體基片制作微階梯反射鏡階梯結(jié)構(gòu)的裝置，其 特征在于還包括垂直擠壓組件和水平擠壓組件；所述垂直擠壓組件包括水平滑桿(61)、滑 塊(62)、縱向滑桿(6 和質(zhì)量塊(64)；水平滑桿(61)的左部固定在標(biāo)準(zhǔn)塊(1)上部，右部 懸于各基片O)的上方；滑塊(6 與水平滑桿(61)活動(dòng)連接，可相對(duì)于水平滑桿(61)沿 水平方向移動(dòng)；縱向滑桿(6 的上端與滑塊(6 固定連接；質(zhì)量塊(64)與縱向滑桿(63) 活動(dòng)連接，可相對(duì)于縱向滑桿(6 沿垂直方向移動(dòng)；所述水平擠壓組件包括第一、第二擋 片01)、(42)，至少兩個(gè)固定螺桿03，與固定螺桿數(shù)量相應(yīng)的擠壓螺桿(44)、擠壓彈 簧(5)及擠壓螺母G5)；擠壓彈簧(5)的兩端分別與固定螺桿(43)、擠壓螺桿04)的一端 固定連接，固定螺桿^幻的另一端與第一擋片Gl)固定連接，擠壓螺桿G4)的另一端穿 過第二擋片0 與擠壓螺母0 螺紋連接；第一擋片Gl)與標(biāo)準(zhǔn)塊(1)的左側(cè)面共面接 觸，各基片(2)依次疊放于標(biāo)準(zhǔn)塊(1)與第二擋片G2)之間，第一片基片的左側(cè)面與標(biāo)準(zhǔn) 塊(1)共面接觸，最后一片基片的右側(cè)面與第二擋片0 共面接觸，旋轉(zhuǎn)擠壓螺母G5)可 壓緊各基片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用多個(gè)長方體基片制作微階梯反射鏡階梯結(jié)構(gòu)的裝置，該裝置的標(biāo)準(zhǔn)塊固定于第一基底上靠近左側(cè)的位置，微調(diào)節(jié)架固定于第一基底的右側(cè)；滑動(dòng)調(diào)節(jié)片0位于第一基底1上靠近右側(cè)的位置；帶有金屬刻度線的第二基底一端放置在標(biāo)準(zhǔn)塊與第一基底的接觸夾角處，另一端懸在滑動(dòng)調(diào)節(jié)片的上方；滑動(dòng)調(diào)節(jié)片可在微調(diào)節(jié)架的作用下在第一基底上移動(dòng)，以調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)塊右側(cè)面與第二基底上表面之間的夾角。本發(fā)明有效提高了每層階梯高度的控制精度、微階梯反射鏡階梯表面粗糙度精度、縱向尺寸精度及重復(fù)性。
文檔編號(hào)G02B5/08GK102096131SQ20101059275
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者梁中翥, 梁靜秋, 蘇法剛 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所