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1、温度对复制光栅衍射波前的影响董会君(北京北分瑞利分析仪器(集团)有限责任公司北京100015)摘要本文针对复制光栅过程中,温度不稳定造成复制品衍射波前失真的问题进行了分析,并通过反复实验确定了复制光栅最佳稳定时间,从而提高复制光栅的一次成品率、母板利用率和使用寿命。1引言文主要对温度所造成的影响加以分析。由于光栅复制技术的成功,使得高分辨2.2温度对光栅面形的影响本领光栅和光栅光谱仪得到了广泛应用。但光栅的基体大部分是光学玻璃,温度变是,要对原刻母板光栅进行高保真复制却不化将会使基体热涨冷缩,从而引
2、起光栅的复是一件容易的事。目前对光栅检测的主要技杂变化,导致光栅衍射波前图发生变化,这种术指标有:衍射效率、罗兰鬼线、莱曼鬼线、分变化可在泰曼干涉仪上显示。为了看得更直[1]辨率、衍射波前图等,而最常检测的是衍射观,更准确,我们在激光数字波面干涉仪上绘效率和衍射波前图。这里主要分析复制光栅出立体阵面图。图1是将光栅AD在15W白衍射波前图的保真问题。炽灯下烤10分钟后马上测试的结果。图2是将AD稳定15分钟后测得的结果,比较两张2光栅面形变化对衍射波前图的影响波前图,显而易见,前者Em=0.291K
3、,后者2.1影响复制光栅面形的因素Em=0.21K且峰谷误差值也有较大变化。尽管“一次法”复制光栅延用至今已有三即:由PV=0.538K降到PV=0.396K,很显十多年的历史,但由于光栅是高精度的分光元件,它的刻线在每毫米1200条线,甚至2400条线,完全达到保真复制只能在理想状态下,而这种理想状态往往是不存在的。所谓“一次法”复制光栅,就是在高真空条件下在母光栅的表面蒸镀一层极薄的油膜,油膜上再蒸膜一层铝膜,然后将母光栅放入60℃的烤箱内,布上一层环氧树脂胶,压上清洁过的玻璃毛坯,用夹具固定,
4、并加上适当重量,待树脂胶完全固化后,将复制制品从油膜处与母光栅分离开,即得到一块复制光栅。图1光栅AD在15W白炽灯下烤在复制过程中影响复制光栅面形的因素10分钟后的三维波阵面图很多。如:光栅在真空内卡具造成的受力不Pts=0.912,Rms=0.075Pv=0,538,Em=0,271均,母光栅在真空室内的位置和蒸发源的距Pts——总取样点数Rms——数据均方根差离造成的油和铝蒸镀不均匀,在烤箱内夹具Pv——峰差误差Em——波面最大误差值和压重造成的受力不均,温度的变化等等,本—31—2.3.1沿
5、Y轴方向的变化使光栅刻槽间隔发生变化光栅刻槽间隔发生变化也就是光栅常数d出现变化量△d,下面分析一下△d与干涉条纹之间的关系。检验光栅衍射波前时,看到的干涉条纹是光栅衍射平面波前和参考镜反射平面波前相干涉的结果,两相干涉波有一定夹角,为等厚干涉条纹,然而由于光栅常数d出现了误差△d,如图4。则相应的光程差dsinH就不同。其差别图2光栅AD稳定15分钟后的三维波阵面图为:△=△1-△2=d1sinH-d2sinH=△dsinHPts=0.912,Rms=0.052这相当于在楔形板的干涉中局部厚度有误
6、Pv=0,396,Em=0,241差。由于楔板干涉的光程差是:然,前者是由于白炽灯的烘烤使光栅基体各[2]2d′ncosi′=mK部位温度不均衡引起面形较差;后者则通过[3]近似地有Cosi′=1n=1(空气中)所一段时间的稳定,各部位温度趋于均衡。那么以对同一厚度d′有相应的一级干涉条纹。现面形到底与波前象差有怎样的关系呢?在上式变为1d′=mK2.3关于面形改变与波前象差的分析因而楔形板的厚度误差为Dd′=由于温度变化使光栅基体向各方向发生△dsinH,相对于后来的干涉条纹,Dd′将引起热涨冷缩
7、,即使光栅面形出现了沿X、Y、Z轴干涉条纹位移(即条纹改变了级次)。的三维立体变化。设沿刻槽方向为X轴,与2Dd′=DmK=2△dsinH刻槽垂直的方向为Y轴,与光栅面垂直方向在自准装置中光栅方程式为:为Z轴,如图3。2△dsinH=kK,式中k为光栅光谱级次kK则2△d=DmK2dk∴Dm=△dd即随着光栅刻槽间隔变化,干涉条纹有相应的位移量Dm,一般要求波前误差Dm≤0.3,若用一级光谱检测,相当于光栅常数误差△d≤0.3d。2.3.2沿Z轴方向的变化引起的干涉条纹变化由于光栅基体沿Z轴方向的变
8、形(如图5),使光栅平面产生了倾角±△H的偏离,光图3光栅面形变化三维分析图程差变成2(H±△H)=2d(SinH±△HcosH)在由图3可知沿X轴方向分量的变化不光栅出现部分倾角△H的地方,将出现位移会对光栅物理性质有什么影响,主要是Y轴量△d=±△HcosH,如果这种变形延伸到N和Z轴分量的影响。我们对这两个方向进行k个刻槽则出现干涉条纹的位移为Dm=如下分析。d—32—Nk体变形直接影响衍射波前图,这种影响可以NDd==Nk△HcosH,即随着△H的变化干d从激
