專(zhuān)利名稱(chēng)：一種微型傅里葉變換光譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微型傅里葉變換光譜儀的制作方法，特別涉及一種可見(jiàn)及紅外微型傅里 葉變換光譜儀的制作方法
背景技術(shù)：
光譜儀器是分析物質(zhì)組成成分以及結(jié)構(gòu)的強(qiáng)有力的工具，在環(huán)境監(jiān)測(cè)、化學(xué)分析、生物 醫(yī)學(xué)、國(guó)防和光電子功能材料等科研領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)界都有著廣泛應(yīng)用，且這些領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)的在
線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及便攜等要求推動(dòng)了光譜儀器微型化的發(fā)展，并有著廣闊的應(yīng)用前景。
近幾年來(lái)，微型化光譜儀的研究進(jìn)展非常迅速，現(xiàn)有的微小型光譜儀絕大多數(shù)仍然采用 經(jīng)典光譜儀原理，由于入射狹縫孔徑或光闌的大小限制了光通量和效率嚴(yán)重下降的問(wèn)題，對(duì) 一些微弱信號(hào)的分析極其不利。與傳統(tǒng)的經(jīng)典微型光譜儀相比，基于調(diào)制原理的微型化FTS 同時(shí)具備高光通量、高分辨率的性能，并且在實(shí)際工藝實(shí)現(xiàn)中彌補(bǔ)了同樣是基于調(diào)制原理的 哈達(dá)瑪變換光譜儀編碼模板材料受限制的缺點(diǎn)。
目前，常見(jiàn)的基于調(diào)制原理的微型化光譜儀(FTS)主要由準(zhǔn)直系統(tǒng)、分光系統(tǒng)和探測(cè) 接收系統(tǒng)構(gòu)成；所述的準(zhǔn)直系統(tǒng)；所述的分光系統(tǒng)包括分束器及分束器兩臂上的兩個(gè)反射鏡， 其中第一反射鏡為動(dòng)鏡，第二反射鏡為靜止的平面鏡；所述的探測(cè)接收系統(tǒng)包括會(huì)聚透鏡組 合和面陣探測(cè)器。這種光譜儀采用時(shí)間調(diào)制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的調(diào)制，在探測(cè)系統(tǒng)接收處依 次形成多個(gè)定域干涉條紋；由于作為反射鏡的動(dòng)鏡需要一套高精度的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 含有運(yùn)動(dòng)部件，因而系統(tǒng)的重復(fù)性和可靠性難以保證并且測(cè)量實(shí)時(shí)性較差；并且這種光譜儀 需要利用激光參考干涉儀來(lái)確定采樣點(diǎn)，因而其結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重復(fù)性好、工作可靠，并且測(cè)量實(shí)時(shí)性 好的一種微型傅里葉變換光譜儀的制作方法。
所述的微型傅里葉變換光譜儀包括準(zhǔn)直系統(tǒng)、分光系統(tǒng)和探測(cè)接收系統(tǒng)構(gòu)成；所述的分 光系統(tǒng)包括分束器及分束器兩臂上的第二階梯鏡和第一階梯鏡，第二階梯鏡的階梯周期di為 第一階梯鏡的階梯周期d2與第一階梯鏡的階梯數(shù)N的乘積；準(zhǔn)直系統(tǒng)的光軸作為第一光軸， 會(huì)聚透鏡組合的光軸為第二光軸；第二階梯鏡反射的光線透過(guò)分束器到達(dá)探測(cè)接收系統(tǒng)，第 一階梯鏡反射的光線經(jīng)分束器反射到達(dá)探測(cè)接收系統(tǒng)，由第二階梯鏡和第一階梯鏡不同位置 反射的光在探測(cè)接收系統(tǒng)面陣探測(cè)器的空間不同位置發(fā)生干涉形成干涉條紋。所述的第二階梯鏡的反射面與第一階梯鏡的反射面垂直，與第一階梯鏡的階梯反射截?cái)?面平行。
待測(cè)光源發(fā)射的光束經(jīng)準(zhǔn)直系統(tǒng)準(zhǔn)直后入射到分束器上，分束器將入射光分為強(qiáng)度相等 的兩束相干光 一束經(jīng)分束器反射后入射到第二階梯鏡上，經(jīng)過(guò)反射后返回分束器，另一束 透過(guò)分束器入射到第一階梯鏡上，經(jīng)反射后回到分束器。第二階梯鏡反射的光線透過(guò)分束器 到達(dá)探測(cè)接收系統(tǒng)，第一階梯鏡反射的光線經(jīng)分束器反射到達(dá)探測(cè)接收系統(tǒng)；由第二階梯鏡 和第一階梯鏡不同位置反射的光在探測(cè)接收系統(tǒng)面陣探測(cè)器的空間不同位置發(fā)生干涉形成 多個(gè)定域干涉條紋。
本發(fā)明的微型傅里葉變換光譜儀的制作方法包括如下步驟
a、 選取硅或玻璃或陶瓷或鎳、鋁、銅、鈦、不銹鋼作為基底材料，將基底材料制備成 設(shè)定尺寸的平板基底，其上表面拋光；拋光面粗糙度不大于10微米，平面度不大于50微米；
b、 在基底的拋光面上制備與第一光軸和第二光軸相對(duì)應(yīng)的第一光軸參考基準(zhǔn)和第二光 軸參考基準(zhǔn)，及與各光學(xué)元件形狀和位置相對(duì)應(yīng)的平面圖形或三維微結(jié)構(gòu)作為各光學(xué)元件的 基準(zhǔn)或固定機(jī)構(gòu)；
C、將激光光源放置在基底附近，調(diào)節(jié)激光光源使激光光軸位于第一光軸參考線的正上 方并與第一光軸參考線相互平行；在激光光源附近放置一個(gè)光闌，使激光光束由光闌孔通 過(guò)；
d、 將第一階梯鏡放置在基底上與其相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)或固定機(jī)構(gòu)上，調(diào)整第一階梯鏡的位 置和角度，當(dāng)觀察到經(jīng)過(guò)第一階梯鏡某一反射面反射的激光光束照射到光闌上的光斑與光 闌孔重合時(shí)，固定第一階梯鏡；
e、 移走激光光源附近的光闌，將分束器放置在基底上與其相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)或固定機(jī)構(gòu)上， 調(diào)整分束器的位置和角度，當(dāng)分束器對(duì)準(zhǔn)基底上與其相對(duì)應(yīng)基準(zhǔn)或固定機(jī)構(gòu)后將其固定； 將面陣探測(cè)器放置在基底上與其相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)或固定機(jī)構(gòu)上，調(diào)整面陣探測(cè)器位置和角 度，當(dāng)觀察到面陣探測(cè)器中央?yún)^(qū)域出現(xiàn)一個(gè)關(guān)于中心對(duì)稱(chēng)的半徑最小的亮斑時(shí)，固定面陣 探測(cè)器；
f、將第二階梯鏡放置在基底上與其相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)或固定機(jī)構(gòu)上，調(diào)整第二階梯鏡位置 和角度，當(dāng)觀察到經(jīng)過(guò)第二階梯鏡反射的光束透過(guò)分束器后在面陣探測(cè)器上得到的亮斑與 第一階梯鏡反射的光束在面陣探測(cè)器上得到的亮斑重合時(shí)，固定第二階梯鏡；
g、將會(huì)聚透鏡組合放置在基底上與其相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)或固定機(jī)構(gòu)上，調(diào)整會(huì)聚透鏡組合 位置和角度，當(dāng)觀察到面陣探測(cè)器中央?yún)^(qū)域出現(xiàn)一個(gè)半徑最小的亮斑時(shí)，固定會(huì)聚透鏡組h、將激光光源換成一個(gè)擴(kuò)展光源，并將準(zhǔn)直系統(tǒng)放置在基底上與其相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)或固 定機(jī)構(gòu)上；在準(zhǔn)直系統(tǒng)與分束器之間的第一光軸參考線上放置一個(gè)光闌，此時(shí)精密調(diào)節(jié)準(zhǔn) 直系統(tǒng)的角度和角度，當(dāng)觀察到兩路光束在面陣探測(cè)器上得到的亮斑重合時(shí)，移走光闌， 固定準(zhǔn)直系統(tǒng)。
本發(fā)明的微型傅里葉變換光譜儀的制作方法，由于首先在基座上制作與各光學(xué)元件形 狀、位置相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)或固定機(jī)構(gòu)，然后逐個(gè)將各光學(xué)元件對(duì)準(zhǔn)與其相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)或固定機(jī) 構(gòu)，并調(diào)整其角度和位置，使各光學(xué)元件的角度及位置能夠更精確滿足設(shè)計(jì)需要，從而保證 了微型傅里葉變換光譜儀的精度。本發(fā)明可用于可見(jiàn)及紅外波段工作的微型傅里葉變換光譜 儀的制作。
所述的步驟a中，可以選取硅或玻璃或陶瓷或鎳、鋁、銅、鈦、不銹鋼等金屬材料作為 基底材料，將基底材料制備成厚度lmm 20mm的平板基底，要求上表面有良好的平面度和 表面粗糙度。所述的步驟b中可以采用本領(lǐng)域公知的方法制作第一光軸參考基準(zhǔn)、第二光軸 參考基準(zhǔn)及與各光學(xué)元件形狀和位置相對(duì)應(yīng)的平面圖形或三維微結(jié)構(gòu)作為各光學(xué)元件的基 準(zhǔn)或固定機(jī)構(gòu)。例如，可以用硅腐蝕工藝在基底上表面制作出放置分束器、第二階梯鏡或第 二反射鏡、第一階梯鏡的凹槽、第一光軸參考槽、第二光軸參考槽；可以用本領(lǐng)域公知LIGA 類(lèi)工藝制作出固定準(zhǔn)直系統(tǒng)、會(huì)聚透鏡組合、面陣探測(cè)器的凸起三維微結(jié)構(gòu)，及第一光軸和 第二光軸對(duì)應(yīng)的第一光軸參考凸線、第二光軸參考凸線；也可以用平面工藝(如經(jīng)光刻，腐 蝕，去膠，或者剝離工藝)在基底上表面制作平面圖形作為各光學(xué)元件的位置基準(zhǔn)及第一光 軸參考線、第二光軸參考線?？傊?，基底或者含有平面圖形、或者含有定位凹槽、或者含有 定位凸起三維微結(jié)構(gòu)、或者是其中兩者或三者的組合。其中，第二階梯鏡和第一階梯鏡相對(duì) 于分束器的位置是由光譜儀的采樣方式來(lái)確定的。會(huì)聚透鏡組合位于分束器與第二階梯鏡中 心連線的延長(zhǎng)線上，其與分束器之間的距離可根據(jù)光譜儀要求確定。面陣探測(cè)器位于會(huì)聚透 鏡組合的焦平面上，且其有效象素?cái)?shù)由第二階梯鏡和第一階梯鏡的結(jié)構(gòu)決定，至少為NM^。 其記錄的光強(qiáng)分布示意圖如圖2所示，這里舉例給出的是8x8的空間光分布，其中數(shù)字代表的 是干涉級(jí)次，即光程差S相對(duì)于最小測(cè)量波長(zhǎng)的倍數(shù)，每個(gè)級(jí)次的光強(qiáng)分布是由l個(gè)像素來(lái)記 錄的。


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(shuō)明。
圖l是微型傅里葉變換光譜儀結(jié)構(gòu)示意圖。其中1為光源，2為準(zhǔn)直系統(tǒng)，3為分束器，4 第二階梯鏡，5第一階梯鏡，6會(huì)聚透鏡組合，7面陣探測(cè)器，IO為基底。 圖2為空間光經(jīng)分束器分束，經(jīng)過(guò)第一階梯鏡和第二階梯鏡反射后的光束發(fā)生干涉后產(chǎn)生定域干涉條紋的分布示意圖。
圖3是第一階梯鏡和第二階梯鏡具體結(jié)構(gòu)的放大圖，圖中8為階梯鏡的反射面，其寬度為 /， 9是階梯鏡的階梯反射截?cái)嗝妫A梯周期為A即階梯鏡相鄰階梯之間的距離。
圖4是在基底上制作平面圖形基準(zhǔn)的基底結(jié)構(gòu)放大圖，圖中，201為準(zhǔn)直系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的平面 圖形，301為分束器對(duì)應(yīng)的平面圖形，401第二階梯鏡對(duì)應(yīng)的平面圖形，501第一階梯鏡對(duì)應(yīng) 的平面圖形，601會(huì)聚透鏡組對(duì)應(yīng)的平面圖形，701為面陣探測(cè)器對(duì)應(yīng)的平面圖形，231為第 一光軸對(duì)應(yīng)的第一光軸參考線，431為第二光軸對(duì)應(yīng)的第二光軸參考線。
圖5是在基底上制作凹槽基準(zhǔn)的基底結(jié)構(gòu)放大圖，圖中，202為準(zhǔn)直系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的凹槽，302 為分束器對(duì)應(yīng)的凹槽，402第二階梯鏡對(duì)應(yīng)的凹槽，502第一階梯鏡對(duì)應(yīng)的凹槽，602會(huì)聚透 鏡組對(duì)應(yīng)的凹槽，702為面陣探測(cè)器對(duì)應(yīng)的凹槽，232為第一光軸對(duì)應(yīng)的第一光軸參考槽，432 為第二光軸對(duì)應(yīng)的第二光軸參考槽。
圖6是在基底上制作凸起三維微結(jié)構(gòu)或凹槽的基底結(jié)構(gòu)放大圖，圖中203為準(zhǔn)直系統(tǒng)對(duì)應(yīng) 的凸起三維微結(jié)構(gòu)，302為分束器對(duì)應(yīng)的凹槽，402第二階梯鏡對(duì)應(yīng)的凹槽，502第一階梯鏡 對(duì)應(yīng)的凹槽，603會(huì)聚透鏡組對(duì)應(yīng)的凸起三維微結(jié)構(gòu)，702為面陣探測(cè)器對(duì)應(yīng)的凹槽，233為 第一光軸對(duì)應(yīng)的第一光軸參考凸線，433為第二光軸對(duì)應(yīng)的第二光軸參考凸線。
圖7是采用硅的濕法腐蝕方法制作完成的階梯鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中8為階梯鏡的反射 面，9是階梯鏡的階梯反射截?cái)嗝妫?br> 具體實(shí)施例方式
微型傅里葉變換光譜儀結(jié)構(gòu)如圖1所示，l為待測(cè)光源，為一擴(kuò)展光源，不屬于光譜儀 結(jié)構(gòu)的一部分，而是光譜儀的探測(cè)目標(biāo)。光譜儀主要由三個(gè)基本的部分組成準(zhǔn)直系統(tǒng)2、 分光系統(tǒng)和探測(cè)接收系統(tǒng)，這三個(gè)系統(tǒng)都固定在基片10上?；琁O在整個(gè)結(jié)構(gòu)中起到結(jié)構(gòu) 支撐作用，可選取金屬材料或硅片制成。
準(zhǔn)直系統(tǒng)2是光學(xué)透鏡的組合，光源與透鏡之間的距離為透鏡組合的焦距；探測(cè)接收系 統(tǒng)由會(huì)聚透鏡組合6、面陣探測(cè)器7組成，面陣探測(cè)器7位于會(huì)聚透鏡組合6的焦平面上。分光 系統(tǒng)由半反半透分束器3、第二階梯鏡4和第一階梯鏡5組成。
分光系統(tǒng)中所采用的半反半透分束器3是在玻璃基質(zhì)上鍍光學(xué)膜層來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)光的半反半
透。第二階梯鏡4和第一階梯鏡5的結(jié)構(gòu)如圖3所示8為反射面；其寬度為/; 9是階梯反射截 斷面；階梯周期為A即階梯鏡相鄰階梯之間的距離。第二階梯鏡4和第一階梯鏡5分別位于 分束器3的兩臂上，第二階梯鏡4的反射面8和第一階梯鏡5的反射面8與分束器3法線的夾角均 為45° ，并且第二階梯鏡4的反射面8與第一階梯鏡5的反射面8垂直、與第一階梯鏡5的階梯 反射截?cái)嗝婷?平行；設(shè)第二階梯鏡4和第一階梯鏡5的階梯數(shù)均為N，第二階梯鏡4的階梯周200810050787.7
說(shuō)明書(shū)第5/7頁(yè)
期山為第一階梯鏡5的階梯周期d2與第一階梯鏡5的階梯數(shù)N的乘積。
微型傅里葉變換光譜儀工作方式與Michelson干涉儀結(jié)構(gòu)基本相同，在右手坐標(biāo)系中， 第二反射鏡和第一階梯鏡或者第二階梯鏡4和第一階梯鏡5代替了傳統(tǒng)邁克耳遜干涉儀中的 兩個(gè)平面反射鏡，第二階梯鏡4和第一階梯鏡5有相同的N個(gè)階梯數(shù)，階梯周期分別為d和NA 且沿x， y方向正交放置。由第二階梯鏡4和第一階梯鏡5不同位置反射的光在探測(cè)接收系統(tǒng)面 陣探測(cè)器7的空間不同位置發(fā)生干涉形成多個(gè)定域干涉條紋，則光束分為了NZ個(gè)小空間，記x， y分別代表第二階梯鏡4和第一階梯鏡5階梯的序數(shù)，則(x， y)的空間干涉光即(Ny-x)級(jí) 干涉條紋的光程差為^2d(Ny-x)。空間干涉光的分布如圖2所示。 本發(fā)明的微型傅里葉變換光譜儀制作方法的詳細(xì)步驟如下
基底10的制作選用硅或玻璃或陶瓷或鎳、鋁、銅、鈦、不銹鋼等金屬材料制作基底IO。 以硅為例，首先將硅材料制備成厚度lmm 20mm的平板基底，要求上表面有良好的平 面度和表面粗糙度，粗糙度不大于10微米，平面度不大于5(^m。采用本領(lǐng)域公知的方法制 作第一光軸參考基準(zhǔn)、第二光軸參考基準(zhǔn)及與各光學(xué)元件形狀和位置相對(duì)應(yīng)的平面圖形或三
維微結(jié)構(gòu)作為各光學(xué)元件的基準(zhǔn)或固定機(jī)構(gòu)。例如
如圖4所示，可以用平面工藝在基底10拋光面上濺射一層金屬薄膜，材料為Al或Cu或Au， 經(jīng)光刻，腐蝕，去膠；或者剝離工藝在基底10上表面制作平面圖形201作為準(zhǔn)直系統(tǒng)2對(duì)應(yīng)的 位置基準(zhǔn)，平面圖形301作為分束器3對(duì)應(yīng)的位置基準(zhǔn)，平面圖形401作為第二階梯鏡4對(duì)應(yīng)的 位置基準(zhǔn)，平面圖形501作為第一階梯鏡5對(duì)應(yīng)的位置基準(zhǔn)，平面圖形601作為會(huì)聚透鏡組合6 對(duì)應(yīng)的位置基準(zhǔn)，平面圖形701作為面陣探測(cè)器7對(duì)應(yīng)的位置基準(zhǔn)，第一光軸參考線231作為 第一光軸對(duì)應(yīng)的位置基準(zhǔn)，第二光軸參考線431作為第二光軸對(duì)應(yīng)的位置基準(zhǔn)。
如圖5所示，可以用硅腐蝕工藝在基底10上表面制作出放置準(zhǔn)直系統(tǒng)2的凹槽202，放置 分束器3的凹槽302，放置第二階梯鏡4的凹槽402,放置第一階梯鏡5的凹槽502，放置會(huì)聚透 鏡組合6的凹槽602，放置面陣探測(cè)器7的凹槽702，第一光軸對(duì)應(yīng)的第一光軸參考槽232，第 二光軸對(duì)應(yīng)的第二光軸參考槽432。
如圖6所示，可以首先采用硅腐蝕工藝在基底10上表面制作出放置分束器3的凹槽302、 放置第二階梯鏡4的凹槽402、放置第一階梯鏡5的凹槽502及放置面陣探測(cè)器7的凹槽702， 第一光軸對(duì)應(yīng)的第一光軸參考槽232，第二光軸對(duì)應(yīng)的第二光軸參考槽432。然后利用LIGA 類(lèi)工藝在基底10的上表面涂覆厚型光刻膠、前烘、曝光、顯影、后烘形成固定準(zhǔn)直系統(tǒng)2 的光刻膠材料凸起三維微結(jié)構(gòu)203、固定會(huì)聚透鏡組合6的光刻膠材料凸起三維微結(jié)構(gòu)603。 或在完成凹槽制作后，在基底10上表面制備一層銅或金薄膜，然后利用LIGA類(lèi)工藝在基底10的上表面涂覆厚型光刻膠、前烘、曝光、顯影、后烘形成與固定準(zhǔn)直系統(tǒng)2凸起三維 微結(jié)構(gòu)203及固定會(huì)聚透鏡組合6的凸起三維微結(jié)構(gòu)603互補(bǔ)圖形的光刻膠模，然后電鑄形 成固定準(zhǔn)直系統(tǒng)2的金屬材料凸起三維微結(jié)構(gòu)203、固定會(huì)聚透鏡組合6的金屬材料凸起三 維微結(jié)構(gòu)603，金屬材料可選用鎳、銅、金或坡莫合金。 分束器3的制作
分束器3采用棱鏡組合來(lái)實(shí)現(xiàn)，選用對(duì)所選波段具有高透過(guò)率的材料，如玻璃基質(zhì)(BK7)， 通過(guò)鍍膜實(shí)現(xiàn)接近入射光束的50%反射和50%透射，并根據(jù)光譜儀的工作頻段進(jìn)行膜層設(shè)計(jì)。 膜層生長(zhǎng)采用直流濺射、射頻濺射，磁控濺射，電子束蒸發(fā)，熱蒸發(fā)等工藝實(shí)現(xiàn)。
第二階梯鏡4和第一階梯鏡5的制作階梯鏡采用本領(lǐng)域公知的激光直寫(xiě)法制作，然后根 據(jù)光譜儀工作頻段蒸鍍?cè)龇茨訉?shí)現(xiàn)對(duì)光的高反射率。第二階梯鏡4和第一階梯鏡5的尺寸是 由光譜儀的工作范圍來(lái)確定的。第一階梯鏡5的階梯周期d2尺寸可在lnm-500(^m范圍內(nèi)，反 射面的寬度庇0.1mm-50cm范圍內(nèi)，階梯數(shù)N是由儀器所要達(dá)到的分辨率來(lái)決定的。
第一階梯鏡5和第二階梯鏡4還可以采用下述硅的濕法腐蝕方法制作
a、 選擇上表面與(111)面偏一定角度的硅片作為階梯鏡材料，拋光面與(111)晶面 的夾角根據(jù)階梯鏡的參數(shù)設(shè)定，對(duì)其上表面進(jìn)行拋光；拋光后對(duì)硅片進(jìn)行清潔處理。
b、 光刻版設(shè)計(jì)按階梯鏡設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)光刻版，版面為亮暗相間的條紋，條紋寬度分 別為圖7中平面13的寬度及階梯鏡反射面8加上截?cái)嗝?在硅片表面投影的寬度。如圖7 所示。其中反射面8、截?cái)嗝?均為硅片的<111>面，兩個(gè)面之間的夾角為109.48度，兩個(gè) 面的長(zhǎng)度之比可控制在20:1 10000:1 。
c、 在硅片的拋光面上用本領(lǐng)域公知的熱氧化或氫氧合成或CVD方法生長(zhǎng)二氧化硅薄膜 或二氧化硅與氮化硅復(fù)合膜作為硅片腐蝕的掩蔽材料，薄膜厚度在20nm—2000nm之間。
d、 在掩蔽材料上表面涂敷光刻膠，前烘，曝光，顯影，后烘，用濕法腐蝕或干法刻蝕 去除未被光刻膠覆蓋的掩蔽材料，形成條狀掩蔽薄膜圖形；其中涂敷光刻膠，前烘，曝光， 顯影，后烘，及濕法腐蝕或干法刻蝕均為本領(lǐng)域公知的方法。
e、 對(duì)步驟d制作完成的硅片進(jìn)行各項(xiàng)異性腐蝕，硅的腐蝕是在KOH溶液中進(jìn)行，溶液 重量百分比濃度為40%，溫度控制在70。C;在腐蝕過(guò)程中，可以根據(jù)需要將硅片取出并放 置在顯微鏡下觀察，當(dāng)腐蝕到硅的<111>面時(shí)，可觀察到反射面8和截?cái)嗝?相交所成的直 線，此時(shí)停止腐蝕，經(jīng)過(guò)去離子水沖洗，得到階梯狀結(jié)構(gòu)。
f、階梯鏡鍍膜，利用薄膜理論設(shè)計(jì)出階梯反射鏡的增反膜層，并利用膜層生長(zhǎng)采用直流濺射、射頻濺射，磁控濺射，電子束蒸發(fā)，熱蒸發(fā)等工藝實(shí)現(xiàn)。射頻濺射制備Al膜或Au膜， 厚度范圍90nm-150nm。在該條件下，截?cái)嗝?對(duì)光的反射作用很小，可近似看為垂直于反 射面8，平面13相對(duì)于反射面8講，其尺寸很小，對(duì)光的反射和衍射效應(yīng)也可以忽略，整 個(gè)結(jié)構(gòu)可看作8為階梯反射面，9為階梯的垂直面(即截?cái)嗝?。 各光學(xué)元件的裝調(diào)方法如下
將可見(jiàn)光激光光源放置在基底10附近光源的位置上，調(diào)節(jié)激光光源使激光光軸位于第一 光軸參考基準(zhǔn)的正上方并與第一光軸參考基準(zhǔn)相互平行；在激光光源附近放置一個(gè)光闌，使 激光光束由光闌孔通過(guò)；
將第一階梯鏡5放置在基底10上與其相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)或固定機(jī)構(gòu)上，利用精密五維調(diào)節(jié) 架調(diào)節(jié)其位置和角度，當(dāng)觀察到經(jīng)過(guò)第一階梯鏡5某一反射面反射的激光光束照射到光闌上 的光斑與光闌孔重合時(shí)，說(shuō)明此時(shí)第一階梯鏡5的放射面與第一光軸垂直，用粘接劑固定第 一階梯鏡5;
移走激光光源附近的光闌，將分束器3放置在基底10上與其相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)或固定機(jī)構(gòu) 上，利用精密五維調(diào)節(jié)架調(diào)節(jié)分束器3的位置和角度；當(dāng)分束器3對(duì)準(zhǔn)基底10上與其相對(duì) 應(yīng)基準(zhǔn)或固定機(jī)構(gòu)后，用粘接劑將分束器3固定；將面陣探測(cè)器7放置在基底10上與其相 對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)或固定機(jī)構(gòu)上，用精密五維調(diào)節(jié)架精密調(diào)節(jié)探測(cè)器的位置和角度，當(dāng)觀察到面陣 探測(cè)器7中央?yún)^(qū)域出現(xiàn)一個(gè)關(guān)于中心對(duì)稱(chēng)的半徑最小的亮斑時(shí)，用粘接劑固定面陣探測(cè)器7。
將第二階梯鏡4放置在基底10上與其相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)或固定機(jī)構(gòu)上，利用精密五維調(diào)節(jié) 架調(diào)節(jié)第二階梯鏡4位置和角度，當(dāng)觀察到經(jīng)過(guò)第二階梯鏡4反射的光束透過(guò)分束器3后在 面陣探測(cè)器7上得到的亮斑與第一階梯鏡5反射的光束在面陣探測(cè)器7上得到的亮斑重合 時(shí)，說(shuō)明此時(shí)第二階梯鏡4的反射面與第一階梯鏡5的反射面垂直，用粘接劑固定第二階梯 鏡4;
將會(huì)聚透鏡組合6放置在基底10上與其相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)或固定機(jī)構(gòu)上，利用精密五維調(diào) 節(jié)架調(diào)整會(huì)聚透鏡組合6位置和角度，當(dāng)觀察到探測(cè)器中央?yún)^(qū)域出現(xiàn)一個(gè)半徑最小的亮斑 時(shí)，用粘接劑固定會(huì)聚透鏡組合6;
將激光光源換成點(diǎn)光源，并將準(zhǔn)直系統(tǒng)2放置在基底10上與其相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)或固定機(jī) 構(gòu)上；在準(zhǔn)直系統(tǒng)2與分束器3之間的第一光軸參考基準(zhǔn)上放置一個(gè)光闌，此時(shí)利用精密五 維調(diào)節(jié)架精密調(diào)節(jié)準(zhǔn)直系統(tǒng)2的位置和角度，當(dāng)觀察到兩路光束在面陣探測(cè)器7上得到的亮 斑重合時(shí)，說(shuō)明準(zhǔn)直系統(tǒng)2的光軸與第一光軸重合，移走光闌，用粘接劑固定準(zhǔn)直系統(tǒng)2。 其中粘接劑可采用紫外固化膠。
在使用精密五維調(diào)節(jié)架精密調(diào)節(jié)各光學(xué)元件時(shí)，需要配備相應(yīng)的夾持機(jī)構(gòu)使各光學(xué)元件 與精密五維調(diào)節(jié)架連接。
權(quán)利要求
1. 一種微型傅里葉變換光譜儀的制作方法，其特征在于包括如下步驟a、選取硅或玻璃或陶瓷或鎳、鋁、銅、鈦、不銹鋼作為基底材料，將基底材料制備成設(shè)定尺寸的平板基底，其上表面拋光；拋光面粗糙度不大于10微米，平面度不大于50微米；b、在基底的拋光面上制備與第一光軸和第二光軸相對(duì)應(yīng)的第一光軸參考基準(zhǔn)和第二光軸參考基準(zhǔn)，及與各光學(xué)元件形狀和位置相對(duì)應(yīng)的平面圖形或三維微結(jié)構(gòu)作為各光學(xué)元件的基準(zhǔn)或固定機(jī)構(gòu)；c、將可見(jiàn)光激光光源放置在基底附近，調(diào)節(jié)激光光源使激光光軸位于第一光軸參考線的正上方并與第一光軸參考線相互平行；在激光光源附近放置一個(gè)小孔光闌，使激光光束由光闌孔通過(guò)；d、將第一階梯鏡(5)放置在基底上與其相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)或固定機(jī)構(gòu)上，調(diào)整第一階梯鏡(5)的位置和角度，當(dāng)觀察到經(jīng)過(guò)第一階梯鏡(5)某一反射面反射的激光光束照射到光闌上的光斑與光闌孔重合時(shí)，固定第一階梯鏡(5)；e、移走激光光源附近的光闌，將分束器(3)放置在基底上與其相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)或固定機(jī)構(gòu)上，調(diào)整分束器(3)的位置和角度，當(dāng)分束器(3)對(duì)準(zhǔn)基底上與其相對(duì)應(yīng)基準(zhǔn)或固定機(jī)構(gòu)后將其固定；將面陣探測(cè)器(7)放置在基底上與其相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)或固定機(jī)構(gòu)上，調(diào)整面陣探測(cè)器(7)位置和角度，當(dāng)觀察到面陣探測(cè)器(7)中央?yún)^(qū)域出現(xiàn)一個(gè)關(guān)于中心對(duì)稱(chēng)的半徑最小的亮斑時(shí)，固定面陣探測(cè)器(7)；f、將第二階梯鏡(4)放置在基底上與其相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)或固定機(jī)構(gòu)上，調(diào)整第二階梯鏡(4)位置和角度，當(dāng)觀察到經(jīng)過(guò)第二階梯鏡(4)反射的光束透過(guò)分束器(3)后在面陣探測(cè)器(7)上得到的亮斑與第一階梯鏡(5)反射的光束在面陣探測(cè)器(7)上得到的亮斑重合時(shí)，固定第二階梯鏡(4)；g、將會(huì)聚透鏡組合(6)放置在基底上與其相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)或固定機(jī)構(gòu)上，調(diào)整會(huì)聚透鏡組合(6)位置和角度，當(dāng)觀察到面陣探測(cè)器(7)中央?yún)^(qū)域出現(xiàn)一個(gè)半徑最小的亮斑時(shí)，固定會(huì)聚透鏡組合(6)；h、將激光光源換成一個(gè)擴(kuò)展光源，并將準(zhǔn)直系統(tǒng)(2)放置在基底上與其相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)或固定機(jī)構(gòu)上；在準(zhǔn)直系統(tǒng)(2)與分束器(3)之間的第一光軸參考線上放置一個(gè)小孔光闌，此時(shí)精密調(diào)節(jié)準(zhǔn)直系統(tǒng)(2)的角度和角度，當(dāng)觀察到兩路光束在面陣探測(cè)器(7)上得到的亮斑重合時(shí)，移走光闌，固定準(zhǔn)直系統(tǒng)(2)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的微型傅里葉變換光譜儀的制作方法，其特征在于許所述的步驟 b中第一光軸參考基準(zhǔn)和第二光軸參考基準(zhǔn)為第一光軸參考線和第二光軸參考線、第一光軸 參考槽和第二光軸參考槽或第一光軸參考凸線和第二光軸參考凸線。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的微型傅里葉變換光譜儀的制作方法，其特征在于所述的步驟b 中與各光學(xué)元件形狀和位置相對(duì)應(yīng)的三維微結(jié)構(gòu)為定位凹槽或者定位凸起三維微結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微型傅里葉變換光譜儀的制作方法，該方法首先制備平板基底；在基底的拋光面上制備與第一光軸和第二光軸相對(duì)應(yīng)的第一光軸參考基準(zhǔn)和第二光軸參考基準(zhǔn)，及與各光學(xué)元件形狀和位置相對(duì)應(yīng)的平面圖形或三維微結(jié)構(gòu)作為各光學(xué)元件的基準(zhǔn)或固定機(jī)構(gòu)；然后逐個(gè)將各光學(xué)元件對(duì)準(zhǔn)與其相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)或固定機(jī)構(gòu)，并調(diào)整其角度和位置，使各光學(xué)元件的角度及相互之間的相對(duì)位置能夠更精確滿足設(shè)計(jì)需要，因而采用本發(fā)明的方法能夠保證微型傅里葉變換光譜儀高精度的需要。本發(fā)明可用于可見(jiàn)及紅外波段工作的微型傅里葉變換光譜儀的制作。
文檔編號(hào)G01N21/41GK101285771SQ20081005078
公開(kāi)日2008年10月15日 申請(qǐng)日期2008年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月4日
發(fā)明者孔延梅, 梁中翥, 梁靜秋, 禹秉熙 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所