專利名稱：夾角基片有序排列制作微階梯反射鏡的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種微階梯反射鏡的制作方法，特別涉及一種采用夾角基片有序排列 制作微階梯反射鏡的方法。
背景技術：
微階梯反射鏡是一種光的反射器件，在光學系統(tǒng)中有著越來越廣泛的應用，如光 譜分析、光束整形和光纖耦合等。隨著光學系統(tǒng)向體積小、結構緊湊方向發(fā)展，光學系統(tǒng)中的器件微型化成為光學 器件的一個重要研究課題，微型光學器件設計與制作水平直接決定該光學儀器的性能。微 階梯反射鏡可以通過二元光學技術在襯底上經過多次光刻和多次腐蝕(干法或濕法)在石 英等多種材料上制備階梯微結構，但是，這種方法存在以下缺點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，精度和重復性較差；3、腐蝕或刻蝕出的反射 鏡表面粗糙度難以滿足光學儀器要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種工藝可控性強，微反射鏡表面粗糙度控制精 度高、重復性好的夾角基片有序排列制作微階梯反射鏡的方法。為了解決上述技術問題，本發(fā)明的夾角基片有序排列制作微階梯反射鏡的方法包 括下述步驟(一 )、選用N片可加工固體材料作為微階梯反射鏡的基片，并對其進行清洗；(二)、對各基片的左側面和右側面進行研磨并拋光，使其表面粗糙度達到 0. Inm ιμπι，左側面平行于右側面，并且各基片的厚度達到設定尺寸；然后對研磨后的各 基片進行清洗處理；(三)、將N片研磨完成的基片依次疊放，使各基片的右側面與相鄰基片的左側面 相接觸，疊放后各基片的上表面共面、下表面共面；然后用固化膠將疊放后的各基片粘接固 定在一起；(四)、將粘接固定在一起的基片置于研磨臺上，研磨各基片的上表面，使其表面 粗糙度達到0. Inm 1 μ m,并且各基片的上表面垂直于其左側面和右側面；(五)、將步驟(四)制作完成的基片翻轉置于研磨臺上，研磨各基片的下表面使 其成為一個斜面，各基片的斜面共面，并且各斜面的表面粗糙度達到0. Inm 1 μ m ；然后用 去膠溶液去除固化膠，清洗各基片；(六)、選用可加工固體材料，將其研磨并拋光成楔形斜面體；所述楔形斜面體的 下表面為水平面，左側面為垂直面，上表面為斜面，并且楔形斜面體的上表面與其左側面之 間的夾角β等于基片的斜面與其右側面之間的夾角α ；楔形斜面體的上表面和下表面的 表面粗糙度達到0. Inm 1 μ m ；清洗楔形斜面體；(七)、研磨并拋光一片長方體作為基底，基底的上表面的表面粗糙度達到0. Inm 1 μ m ；清洗基底；(八)、研磨并拋光一塊長方體作為固定在基底上的標準塊，標準塊的右側面垂直 于下表面，并且右側面和下表面的表面粗糙度達到0. Inm 1 μ m ；清洗標準塊；(九)、將標準塊置于基底的一端，標準塊的下表面與基底的上表面共面；然后將 標準塊與基底粘接固定；(十)、將楔形斜面體置于基底上，使楔形斜面體的左側面與標準塊的右側面共 面，楔形斜面體的下表面與基底的上表面共面；然后將楔形斜面體與基底粘接固定；(十一)、將各基片按照從高到低的順序依次放置于楔形斜面體上，并且使得最高 基片的左側面與標準塊的右側面共面，各基片的右側面與相鄰基片的左側面共面，各基片 的斜面與楔形斜面體的上表面共面；然后將各基片粘接固定，得到階梯結構；(十二)、將步驟(十一)得到的階梯結構的上表面沉積增反膜層和保護膜層。N的數值可以根據微階梯反射鏡的臺階數確定。本發(fā)明由于采用夾角基片有序排列制作微階梯反射鏡，每層階梯的高度能精確控 制，并且每個臺階的反射面是同一批次研磨拋光而成，所以表面面形和粗糙度都能達到一 致。并且達到設計要求的參數，本發(fā)明能夠有效提高階梯表面粗糙度精度、縱向尺寸精度及 重復性，工藝可控性強，重復性好，微反射鏡表面粗糙度小，平面度高，可應用于可見及紅外 波段。所述的基片、質量塊和基底材料可采用熔石英、鉬片、碳化硅、玻璃或二氧化硅；紫 外固化膠的去膠液為硫酸和硝酸混合溶液或者丙酮與乙醚混合溶液。所述的步驟(十二)中增反膜層通過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)方法沉積于步驟(十一)得到的階梯結構的上表面。所述的增反膜層上沉積保護膜層，以防止膜層材料氧化。所述的保護膜層材料采用MgF2、Al2O3或Si02。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明。圖la、Ib分別為基片的主視圖和左視圖。圖2為研磨完成后各基片按照從低到高的順序粘接在一起時的示意圖。圖3為各基片按照從高到低的順序放置于楔形斜面體上排列成臺階的示意圖。
具體實施例方式實施例1本發(fā)明的夾角基片有序排列制作臺階數為20的微階梯反射鏡的方法具體步驟如 下(一 )、選用20片硅片、玻璃、二氧化硅、碳化硅、鉬片或石英片等可加工固體材料 作為微階梯反射鏡的基片，如圖la、lb所示，基片的六個面分別為左側面41、右側面42、上 表面43、下表面44、后表面45、前表面46 ；其中，左側面41和右側面42為較寬的面，其余四 個面為較窄的面；微階梯反射鏡臺階數為20 ；然后對各基片進行清洗處理，其清洗處理的 步驟為
1)以甲苯、丙酮、乙醇超聲清洗15分鐘，去除油污等有機物；2)用去離子水超聲清洗，無水乙醇脫水后烘干。( 二)、對每片基片的左側面41和右側面42進行研磨并拋光，使其厚度達到設定 尺寸，左側面41平行于右側面42，并且每片基片厚度尺寸相同，都為1.5mm;研磨后，每片基 片的左側面41和右側面42的表面粗糙度均達到0. Inm 1 μ m ；對研磨后的基片進行清洗 處理；其清洗處理的步驟為1)以甲苯、丙酮、乙醇超聲清洗15分鐘，去除油污等有機物；2)用去離子水超聲清洗，無水乙醇脫水后烘干。(三)、將20片步驟(二)研磨完成的基片依次整齊疊放，使各基片的右側面42與 相鄰基片的左側面41相接觸，即第一片基片的右側面42與第二片基片的左側面41接觸， 第二片基片的右側面42與第三片基片的左側面41相接觸，……；并且疊放后的20個基片 的上表面43共面、下表面44共面；然后，在各基片的前表面45和后表面46涂覆紅外或紫 外固化膠并固化，將重疊的各基片粘合在一起。(四)、將步驟(三)制作完成的粘合在一起的基片置于研磨臺上，研磨各基片的 上表面43，使其表面粗糙度達到0. Inm 1 μ m,并且各基片的上表面43垂直于其左側面41 和右側面42。(五)、將步驟(四)制作完成的粘合在一起的基片翻轉置于研磨臺上，研磨各基 片的下表面44使其成為一個斜面44’，該斜面44’的表面粗糙度達到0. Inm 1 μ m ；如圖 2所示，斜面44’與基片的右側面42形成一定夾角α ,20片基片4的斜表面44’在同一個 平面上；用去膠溶液去除紅外或紫外固化膠，清洗基片，并且按研磨時的次序依次排放基片 (如圖2所示，基片按照1'、2'、3'…20'的順序排列。(六)、選用可加工固體材料，研磨并拋光一塊具有最小銳角為1.9092度的楔形斜 面體1，作為夾角基片有序排列制作微階梯反射鏡的基底；如圖3所示，楔形斜面體1的上 表面11為斜面，下表面12為水平面，左側面13為垂直面；要求上表面11與左側面13之間 的夾角β等于基片斜面44，與基片右側面42之間的夾角α (α = β =90° -1.9092° )， 上表面11、下表面12和左側面13的表面粗糙度達到0. Inm 1 μ m ；清洗楔形斜面體1。(七)、研磨并拋光一片長方體作為基底2，要求基底2的上表面21的表面粗糙度 達到0. Inm 1 μ m ；清洗基底2 ；(八)、研磨并拋光一塊長方體作為固定在基底2上的標準塊3，要求標準塊3的右 側面31、下表面32的表面粗糙度達到0. Inm 1 μ m,并且要求標準塊3的右側面31垂直 于下表面32;清洗標準塊3。(九)、將在步驟(八)中制作完成的標準塊3置于基底2的一端，標準塊3的下 表面32與基底2的上表面21共面，涂敷紅外或紫外固化膠粘接固定標準塊3與基底2。(十)、將在步驟(六)中制作完成的楔形斜面體1置于步驟(九)中制作完成的 基底2上，使得楔形斜面體1的左側面13與標準塊3的右側面31共面；楔形斜面體1的下 表面12與基底2的上表面21共面接觸并粘接固定，這樣由基底2、標準塊3和楔形斜面體 1就組成了夾角基片有序排列制作微階梯反射鏡的夾具。(十一)、將步驟(五)制作的20片基片按從高到低的順序疊放在步驟(十)中制作完成的夾具上，使得最高基片(第20片基片)的左側面41與標準塊3的右側面31共 面，第19片基片的左側面41與第20片基片的右側面42共面……第2片基片的右側面42 與第1片基片的左側面共面(如圖3所示，基片按照20'、…、3'、2'、1'的順序排列。待20個臺階面形成之后，在各基片的前表面45和后表面46涂覆紅外或紫外固化 膠并固化，形成20個臺階結構，臺階高度為50 μ m。(十二)、在步驟(十一)得到的階梯結構的上表面沉積增反膜層和保護膜層。至此，完成20個臺階的微階梯反射鏡制作。所述的基片4、標準塊3、楔形斜面體1和基底2材料可采用熔石英、鉬片、碳化硅、 玻璃或二氧化硅；固化膠可采用紅外固化膠或紫外固化膠；去膠溶液可采用硫酸和硝酸混 合溶液，或者丙酮與乙醚混合溶液。所述的步驟(十二)中增反膜層通過磁控濺射、射頻濺射、離子束濺射、直流濺射、 電子束蒸發(fā)或熱蒸發(fā)方法沉積于步驟(十一)得到的階梯結構的上表面。所述的增反膜層材料采用金膜或銀膜或對其它波段有反射作用的膜層材料。所述的增反膜層上沉積保護膜層，以防止膜層材料氧化。所述的保護膜層材料采用MgF2、Al2O3或Si02。實施例2本發(fā)明的夾角基片有序排列制作臺階數為30的微階梯反射鏡的方法具體步驟如 下(一 )、選用30片硅片、玻璃、二氧化硅、碳化硅、鉬片或石英片等可加工固體材料 作為微階梯反射鏡的基片，如圖la、lb所示，基片的六個面分別左側面41、右側面42、上表 面43、下表面44、后表面45、前表面46 ；其中，左側面41和右側面42為較寬的面，其余四個 面為較窄的面；微階梯反射鏡的臺階數為30 ；然后對各基片進行清洗處理，其清洗處理的 步驟為1)以甲苯、丙酮、乙醇超聲清洗15分鐘，去除油污等有機物；2)用去離子水超聲清洗，無水乙醇脫水后烘干。( 二)、對每片基片左側面41和右側面42進行研磨并拋光，使其厚度達到設定尺 寸，左側面41平行于右側面42，并且每片基片厚度尺寸相同，都為2mm。研磨后，每片基片 的左側面41和右側面42的表面粗糙度均達到0. Inm 1 μ m ；對研磨后的基片進行清洗處 理；其清洗處理的步驟為1)以甲苯、丙酮、乙醇超聲清洗15分鐘，去除油污等有機物；2)用去離子水超聲清洗，無水乙醇脫水后烘干。(三)、將30片步驟(二)研磨完成的基片依次整齊疊放，使各基片的右側面42與 相鄰基片的左側面41相接觸，即第一片基片的右側面42與第二片基片的左側面41接觸， 第二片基片的右側面42與第三片基片的左側面41相接觸，……；并且疊放后的30個基片 的上表面43共面、下表面44共面；然后，在各基片的前表面45和后表面46涂覆紅外或紫 外固化膠并固化，將重疊的各基片粘合在一起。(四)、將步驟(三)制作完成的粘合在一起的基片置于研磨臺上，研磨各基片的 上表面43，使其表面粗糙度達到0. Inm 1 μ m,并且各基片的上表面43垂直于其左側面41和右側面42。(五)、將步驟(四)制作完成的粘合在一起的基片翻轉置于研磨臺上，研磨各基 片的下表面44使其成為一個斜面44’，該斜面44’的表面粗糙度達到0. Inm 1 μ m ；如圖 2所示，斜面44’與基片的右側面42面形成一定夾角α ,30片基片2的斜面44’在同一個 平面上；用去膠溶液去除紅外或紫外固化膠，清洗基片，并且按研磨時的次序依次排放基片 (如圖2所示，基片按照1'、2'、3'…30'的順序排列。(六)、選用可加工固體材料，研磨并拋光一塊具有最小銳角為1.7184度的楔 形斜面體1，作為夾角基片有序排列制作微階梯反射鏡的基底；如圖3所示，楔形斜面體 1的上表面11為斜面，下表面12為水平面，左側面13為垂直面；要求上表面11與左側 面13之間的夾角β等于基片斜表面44’與基片右側面42之間的夾角α ((α = β = 90° -1.7184° )，上表面11、下表面12和左側面13的表面粗糙度達到0. Inm Iym ；清 洗楔形斜面體1。(七)、研磨并拋光一片長方體作為基底2，要求基底2的上表面21的表面粗糙度 達到0. Inm 1 μ m ；清洗基底2 ；(八)、研磨并拋光一塊長方體作為固定在基底2上的標準塊3，要求標準塊3的右 側面31、下表面32的表面粗糙度達到0. Inm 1 μ m,并且要求標準塊3的右側面31垂直 于下表面32;清洗標準塊3。(九)、將在步驟(八)中制作完成的標準塊3置于基底2的一端，標準塊3的下 表面32與基底2的上表面21共面，涂敷紅外或紫外固化膠粘接固定標準塊3與基底2。(十)、將在步驟(六)中制作完成的楔形斜面體1置于步驟(九)中制作完成的 基底2上，使得楔形斜面體1的左側面13與標準塊3的右側面31共面；楔形斜面體1的下 表面12與基底2的上表面21共面接觸并粘接固定，這樣由基底2、標準塊3和楔形斜面體 1就組成了夾角基片有序排列制作微階梯反射鏡的夾具。(十一)、將步驟(五)制作的30片基片按從高到低的順序疊放在在步驟(十)中 制作完成的夾具上，使得最高基片(第30片基片)的左側面41與標準塊3的右側面31共 面，第四片基片的左側面41與第30片基片的右側面42共面……第2片基片的右側面42 與第1片基片的左側面共面(如圖3所示，基片按照30'、…、3'、2'、1'的順序排列。 待30個臺階面形成之后，在30片基片的前表面45和后表面46涂覆紅外或紫外固化膠并 固化，形成30個臺階結構，臺階高度為60 μ m。(十二)、在步驟(十一)得到的階梯結構的上表面沉積增反膜層和保護膜層。至此，完成30個臺階的微階梯反射鏡制作。所述的基片4、標準塊3、楔形斜面體1和基底2材料可采用熔石英、鉬片、碳化硅、 玻璃或二氧化硅；固化膠可采用紅外固化膠或紫外固化膠；去膠溶液可采用硫酸和硝酸混 合溶液，或者丙酮與乙醚混合溶液。所述的步驟(十二)中增反膜層通過磁控濺射、射頻濺射、離子束濺射、直流濺射、 電子束蒸發(fā)或熱蒸發(fā)方法沉積于步驟(十一)得到的階梯結構的上表面。所述的增反膜層材料采用金膜或銀膜或對其它波段有反射作用的膜層材料。所述的增反膜層上沉積保護膜層，以防止膜層材料氧化。所述的保護膜層材料采用MgF2、Al2O3或Si02。
權利要求
1. 一種夾角基片有序排列制作微階梯反射鏡的方法，其特征在于包括下述步驟(一)、選用N片可加工固體材料作為微階梯反射鏡的基片，并對其進行清洗；(二)、對各基片的左側面和右側面0 進行研磨并拋光，使其表面粗糙度達到 0. Inm ιμπι，左側面平行于右側面(42)，并且各基片的厚度達到設定尺寸；然后對 研磨后的各基片進行清洗處理；(三)、將N片研磨完成的基片依次疊放，使各基片的右側面02)與相鄰基片的左側面(41)相接觸，疊放后各基片的上表面共面、下表面G4)共面；然后用固化膠將疊放后 的各基片粘接固定在一起；(四)、將粘接固定在一起的基片置于研磨臺上，研磨各基片的上表面G3)，使其表 面粗糙度達到0. Inm Ιμπι，并且各基片的上表面03)垂直于其左側面和右側面(42)；(五)、將步驟(四)制作完成的基片翻轉置于研磨臺上，研磨各基片的下表面G4)使 其成為一個斜面G4’)，各基片的斜面04’ )共面，并且各斜面04’ )的表面粗糙度達到 0. Inm Ιμπι;然后用去膠溶液去除固化膠，清洗各基片；(六)、選用可加工固體材料，將其研磨并拋光成楔形斜面體(1)；所述楔形斜面體(1) 的下表面(1 為水平面，左側面(1 為垂直面，上表面(11)為斜面，并且楔形斜面體(1) 的上表面(11)與其左側面(13)之間的夾角β等于基片⑷的斜面G4’)與其右側面02) 之間的夾角α ；楔形斜面體(1)的上表面(11)和下表面(12)的表面粗糙度達到0. Inm Iym;清洗楔形斜面體⑴；(七)、研磨并拋光一片長方體作為基底O)，基底O)的上表面的表面粗糙度達 到0. Inm 1 μ m ；清洗基底(2)；(八)、研磨并拋光一塊長方體作為固定在基底(2)上的標準塊(3)，標準塊(3)的右 側面(31)垂直于下表面(32)，并且右側面(31)和下表面(32)的表面粗糙度達到0. Inm 1 μ m ；清洗標準塊⑶；(九)、將標準塊⑶置于基底⑵的一端，標準塊⑶的下表面(32)與基底⑵的上 表面共面；然后將標準塊C3)與基底( 粘接固定；(十)、將楔形斜面體(1)置于基底( 上，使楔形斜面體(1)的左側面(1 與標準塊 (3)的右側面(31)共面，楔形斜面體(1)的下表面(1 與基底O)的上表面共面； 然后將楔形斜面體(1)與基底( 粘接固定；(十一)、將各基片(4)按照從高到低的順序依次放置于楔形斜面體(1)上，并且使得 最高基片的左側面Gl)與標準塊(3)的右側面(31)共面，各基片(4)的右側面0 與相 鄰基片⑷的左側面Gl)共面，各基片⑷的斜面G4’)與楔形斜面體⑴的上表面(11) 共面；然后將各基片粘接固定，得到階梯結構；(十二)、將步驟(十一)得到的階梯結構的上表面沉積增反膜層和保護膜層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種夾角基片有序排列制作微階梯反射鏡的方法，該方法包括下述步驟對N個基片的左側面和右側面進行研磨并拋光，使其左側面平行于右側面；將N片基片依次疊放并粘接固定，研磨各基片的上表面使其垂直于側面；研磨各基片的下表面使其成為一個斜面，且各基片的斜面共面；將標準塊置于基底的一端，楔形斜面體置于基底上，且楔形斜面體的左側面與標準塊的右側面共面；將各基片按照與研磨時相反的順序依次放置于楔形斜面體上，然后將各基片粘接固定，得到階梯結構。本發(fā)明能夠有效提高階梯表面粗糙度精度、縱向尺寸精度及重復性，工藝可控性強，重復性好，微反射鏡表面粗糙度小，平面度高，可應用于可見及紅外波段。
文檔編號G02B1/10GK102081179SQ201010592758
公開日2011年6月1日 申請日期2010年12月17日 優(yōu)先權日2010年12月17日
發(fā)明者梁中翥, 梁靜秋 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所