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第２ｌ卷第５期 光电技术应用 Ｖｏ１．２１．ＮＯ．５ ２００６年ｌＯ月 ＥＬＥＣＴＲＯ—ＯＰＴＩＣ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ Ｏｃｔｏｂｅｒ．２００６ 文章编号：１６７３—１２５５（２００６）０５—００４１—０２ 基于空间光调制器的灰度掩模制作环形光栅 鲁开源，何兴道 （南昌航空工业学院，江西南昌３３００３４） 摘 要：介绍了基于空间光调制器的灰度掩模系统制作环形光栅．将二元光学方法与环形光栅的概念结合起来， 为制作可以集成到光电系统的环形光栅以及其他光学元件提供了一条较好的思路． 关键词：空间光调制器；灰度掩模；环形光栅；二元光学 中图分类号：ＴＮ３６６ 文献标识码：Ａ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｇｒａｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ｓｐａｔｉａｌ ｌｉｇｈｔ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ’Ｓ ｇｒａｙ－ｓｃａｌｅ ｍａｓｋ ＬＵ Ｋａｉ—ｙｕａｎ．ＨＥ Ｘｉｎｇ—ｄａｏ （Ｎａｎｃｈａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ ３３００３４，Ｃｈ ｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ ａ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｇｒａｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ｓｐａｔｉａｌ ｌｉｇｈｔ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ ｇｒａｙ— ｓｃａｌｅ ｍａｓｋ．Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｂｉｎａｒｙ ｏｐｔｉｃｓ ｍｅｔｈｏｄｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｎｏｔｉｏｎ ｏｆ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｇｒａｔｉｎｇ，ｉｔ ｏｆｆｅｒｓ ａ ｇｏｏｄ ｔｈｉｎｋ— ｉｎｇ ｆｏｒ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｇｒａｔｉｎｇ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｏｐｔｉｃ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｔｈａｔ ｃａｎ ｂｅ ａｓｓｅｍｂｌｅｄ ｉｎｔｏ ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｐａｔｉａｌ ｌｉｇｈｔ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ；ｇｒａｙ—ｓｃａｌｅ ｍａｓｋ；ｃｉｒｃｕｌａｒ ｇｒａｔｉｎｇ；ｂｉｎａｒｙ ｏｐｔｉｃｓ 自从Ｄｙｓｏｎ＿ｌ Ｊ研究了环形和螺旋形光栅的 度掩模和模拟灰度掩模．本文重点介绍的是基于 菲涅耳衍射以来，环形光栅已引起了极大关注． 空间光调制器的灰度掩模制作环形光栅． 环形光栅由于其独特的光谱结构，在近３０年得 到极大的发展，制作工艺与方法逐渐多样化．本 １ 基于空间光调制器的灰度掩模 文将介绍一种利用二元光学方法制作环形光栅． 制作系统及原理 ２０世纪８０年代中期提出的基于光波衍射 基于ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ，简 理论，利用计算机辅助设计，并用超大规模集成 称ＤＭＤ）的数字化灰度掩模制作系统由ＤＭＤ （ＶＬＳＩ）电路制作工艺的二元光学【 ］，因其在 及驱动电路、计算机、Ｈｅ—Ｃｄ激光器、曝光定时 实现光波变换上所具有的许多卓越的、传统光学 器、空间滤波器、扩束准直器、反射镜、精缩投影 难具备的功能，有利地促进了光学系统的小型 组合透镜、三维可调ＤＭＤ安装支架，三维基片 化、阵列化与集成化，在国际学术界和工业界掀 载物平台、防震平台等组成．基于空间光调制器 起了研究热潮． 的灰度掩模制作方法采用了逐个图形曝光的方 灰度掩模法是目前正在积极探索的一种二 式，可克服直写灰度掩模速度慢、成本高的缺点； 元光学器件制作方法ｌ－４ Ｊ．通过在掩模平面内不 利用空间光调制器的高分辨率、高灰阶数和高对 同位置提供不同的透过率，单一的灰度掩模便含 比度，则可使掩模的最小特征尺寸达到微米级． 有了一组二元掩模的全部信息，在经过一次光刻 图１为系统示意图． 后，就可得到所需要的台阶或连续变化的浮雕轮 激光光源发出的光束经扩束准直器后成为 廓．灰度掩模根据制作设备及原理可分为直写灰 平行光，均匀的平行光束以与ＤＭＤ表面法线成 收稿日期：２００６—０５—２６ 作者简介：鲁开源（１９８１一），男，山东滕州人，硕士，主要研究方向为二元光学 维普资讯 http://www.cqvip.com
４２ 光电技术应用 第２１卷 图４工艺流程图 一 图１ 基于空间光调制器的灰度掩模制作系统示意图 图５放大４０倍二阶 图６ 放大４０倍四阶 ＋２０。角入射，照在采用电寻址方式的透射型空 环形光栅 环形光栅 间光调制器上．空间光调制器通过视频驱动器同 计算机相连，并由计算机控制和输入视频信号； ３ 结束语 空间光调制器对入射光束进行强度调制，从而便 随着光电技术的不断发展，以及光、机、电一体 可产生高质量的灰阶图像．该灰阶图像经过精缩 化的趋势，对光学系统中的元器件提出了微型化、 投影物镜成像在放置于三维基片载物平台上的 阵列化与集成化的高要求．二元光学元件因其在实 感光玻璃上，并由计算机控制切换空间光调制器 现光波变换上所具有的许多卓越的、传统光学难以 上的显示图像，以拼接的方式对整块感光玻璃进 具备的功能，而有利于促进光学系统实现微型化、 行曝光．再经显影、定影后可得到一张灰阶底片， 阵列化和集成化，因此二元光学技术一经提出，就 该底片就是所要得到的灰度掩模． 迅速的受到学术界和工业界的青睐 ５． ２环形光栅掩模图形的生成及工艺 自从提出环形光栅制作方法以来，各种制作 工艺得到了迅猛发展．但是仍然存在很多不足之 采用ＶＣ编程，在计算机中模拟出环形光 处，尤其是在制作能集成到光电系统的微型环形 栅，其半径及台阶数可实时调整．将模拟出的环 光栅以及高质量环形光栅等方面仍然存在很多 形光栅掩模图形（如图２、图３所示）输出到 可以研究的地方． ＤＭＤ系统，进行曝光、刻蚀，即可在涂有光刻胶 鉴于环形光栅具有很大的发展潜力，以及目 的玻璃基板上生成环形光栅． 前制作方法的不足，因此很有必要将二元光学 灰度级别越高，器件的衍射效率越高，但相 ——这种制作微光学元器件的方法与环形光栅 应的制作难度加大；因为二元掩模便于利用常规 的概念相结合起来． 的大规模集成电路技术进行加工，故开始制作的 参 考 文 献 二元光学器件一般都是２个台阶的． ［１］Ｄｙｓｏｎ Ｊ．Ｐｒｏｃ．Ｒｏｙ．Ｓｏｃ，１９５８，Ａ２４８：９３． ■ ［２］ＶｅｌｄｋａｍｐＷ Ｂ，Ｍｃｈｕｇ ０ Ｔ Ｊ．Ｂｉｎａｒｙ ｏｐｔｉｃｓ［Ｊ］．Ｓｃｉ— ｅｎｔｉｔｉｃＡｍｅｒｉｃａｎ，１９９２，２６６（５）：９２０—９７． ［３］Ｌｅｇｅｒ Ｊ Ｒ，Ｈｏｌｚ Ｍ，Ｓｗｍｓｏｎ Ｇ Ｊ．Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｌａｓｅｒ ｂｅａｍ ａｄｄｉｔｉｏｎ：Ａｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｉｎａｒｙ ｏｐｔｉｃｓ ｔｅｃｈ— ｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．Ｌｉｎｃｏｌｎ Ｌａｂ Ｊ，１９８８，１（２）．２２５—２４６． ［４］金国藩，严瑛白，邬敏贤．二元光学［Ｍ］．北京：国 图２二阶模拟环形光栅 图３ 四阶模拟环形光栅 防工业出版社，１９９８：２９８．３３５． 经过以下工艺流程（如图４所示）就可以得 ［５］赫尔齐克ＨＰ．微光学元件、系统和应用［Ｍ］．北 到二元环形光栅的底片（如图５、图６所示）． 京：国防工、Ｉ 出版社。２００２．
