复制光栅质量分析

　　1　引　　言

　　随着空间科学技术的发展,光谱分析领域对衍射光栅性能的要求也相应提高。目前应用的衍射光栅主要是复制产品,因此,研究和解决光栅复制生产工艺中存在的影响质量的问题,已成为光栅研制生产者的重要任务。而目前有关这方面的研究报道较少,我们从复制光栅的生产实践中分析和探讨出了影响光栅的衍射效率、分辨率、表面质量的因素,总结并介绍了保证和提高光栅质量的方法。

　　2　影响光栅衍射效率的因素

　　2.1　针　　孔

　　针孔是由于镀膜工作间或真空室不清洁,使光栅表面吸附了灰尘粒子,镀铝后灰尘处的铝膜在空气中脱落就形成了针孔;镀铝时真空度低,蒸发速率低也能造成针孔。针孔会使光栅的衍射效率降低,杂散光增大。

　　2.2　铝膜厚度

　　铝膜厚度对光栅衍射效率的影响比较明显,如图1所示。铝膜太薄,由于透射损失了能量,而使反射能量减少,铝膜太厚,表面粗糙致使杂散光增大。两种情况都造成衍射效率降低。一般铝膜厚度在120～150 nm范围内光栅的效率较高。

　　2.3　蒸发速率

　　铝膜的蒸发速率对光栅效率的影响尤为明显。用传统的慢蒸法已无法满足高衍射效率的要求,我们采用闪蒸技术,120～150 nm厚度的铝膜蒸发时间只需8～15 s,对可见及紫外波段使用的光栅能获得80～86%的衍射效率。而用15～20 s蒸发同样厚度的铝膜,衍射效率只有70～75%。

　　2.4　真　空　度

　　镀铝时真空度的好坏直接影响复制光栅的衍射效率。蒸发时如果真空度较低,由于残余气体和气化分子相碰撞,会形成发乌的粗糙的膜面,这时复制光栅的衍射效率必然要降低。一般蒸发时真空度应保持在2×10-5torr以上。

　　2.5　分离层厚度

　　一般认为分离层的硅油量只关系到光栅分离的难易。实际不仅仅是这样,发现硅油量明显影响着光栅的衍射效率。一般油量应以能分开光栅为准,油量过多不但会给光栅的分离增加困难,更严重的是能使光栅的衍射效率明显降低。见表1上表是同一块母版用不同硅油量复制的三块子版的衍射效果测量数据。

　　2.6　光栅磨损

　　通常一块母版(包括复制版)要经几十次以至上百次复制,结果会使母光栅的槽顶逐渐变圆,而导致效率降低。特别是膜质疏松的原刻光栅寿命更短,严重的经几次复制槽顶就会变圆,效率降低以致不能使用。

　　2.7　表面污染

　　复制的成品光栅,特别是膜质疏松或针孔多的光栅,在存放的过程中吸附了各种有害分子,当环境温度发生变化达到露点时,光栅表面就会凝成细小的水珠和油珠。如夏天气温是34℃,恒温室里的温度只有17℃,从恒温室里取出的光栅表面立刻形成霜雾。这种光栅若不经过及时的去湿处理,而在大气中阁置一段时间,光栅表面就会受到污染而发霉生雾,以致严重损害光栅的衍射效率,污染面积越大损失的效率越多,如一块光栅有三分之一的面积受到了污染,衍射效率约降低20%。