一种位相光栅激光衍射干涉场的研究
一种位相光栅激光衍射干涉场的研究 V01.19
Janua~'
文章编号
N01
20O2
安徽工业大学
JofAnhuiUniversityofTec}mology 第19卷第1期
2002年1月
1000—2170(2002)01—0023—03
一
种位相光栅激光衍射干涉场的研究
赵光兴 王彦,
(安徽工业大学电气信息学院,安徽马鞍山243002)
摘要:基于单缝衍射理论,埘位相光栅基片的上
表
关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf
面反射方向的衍射干涉场的分布规律进行了研究,提出了基于此分布规律
科位相光栅的刻蚀深度进行宴时检测的新
方法
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关键词:位相光栅:衍射;干涉场
中国分类号:TH74【文献标识码:A
Studyonthelaserdiffractionandinterferencefieldofaphasegrating
WANGYan,ZHAOGuang—xing
(scho0IofElectrica】Enneefing&Information,AnhuiUniversityofTechnology,Maanshan243002,China)
Abstract:Thedistributeregulationofdiffractionandinterferencefieldofphasegratingatupp
ersurfacebeam
reflectiondirectionisdiscussedonthebasisofthesingleslotdiffractiontheory,andthenewme
thodofreal—time
etchingdepthmeasurementofphasegratingbytheregulationisbroughtup.
Keywords:phasegrating;diffraction;interferentialfield
引言
位相光栅(如图1a,b均为透明部分)是典型的二元光学元件.二元光学元件是近年来新发展起来的新
型光学元件,它已在国防,高科技及民用领域显现出越来越重要的应用价值.本文对其衍射干涉场进行了研
究.并对其在刻蚀深度检测中的应用进行了讨论.
l理论研究
位相光栅是一种凹凸间隔的光学元件,当单色扩柬激
光光束从位相光栅的基片下方垂直入射时,由于位相光栅.
的线宽和线深只有微米与亚微米级,光束在上表面的阶梯
结构发生衍射,刻蚀部分与未刻蚀部分的衍射光束将在反
射方向发生干涉,如图1.凹面长为a.凸面长为b.凹凸
面的高度差为h;透镜焦距为s;光栅的凹凸数目为?:平
行光束从位相光栅的下表面垂直入射.
l1凹面在P.点处的振动v
囤l光路图
'sin2不(专一旦d=??sin2不(专一)?si兀(卫)
收稿日期:2001—05—09
基金项目:安截省教育厅资助项目(2000JI181)
作者简介:王彦(1975一),女,浙江庆元凡,安徽工业太学电气信息学院硕士研究生.
24安徽工业大学2002矩
l2下一个凸面在点处的振动
…i删一:::h
=
-asinOnz[寺一一in
13凹面和凸面在点处的干涉振动
y="+
因为:位相光栅o=b,则有:
y:?..&f旦8)?lsin2百(专一)+sin2盯(寺一卫)] 通过推导运算,可得:
:c.n.So(--,'rrasin0)?v2+2cos5?sin《+)
(JtL~为光束在相邻凹凸面的光程差,f=竿?《asin0+heosO))
1.4单光束在点处的光强值为该点振动方程振幅的平方 即:fn:2.5lT"aasin0). (1+c.s{n0+heos日))
l5点处的总光强值,为厶乘以多光束干涉因子 ?丁J
其中_多光束干涉因子为:b)sinO其中:多光束干涉因子为:——,:{n+二
"
若位相光栅中.=6,则有:
,
2asin0
l=2c2rzz(A).I.枷枷?
qTn^0sl——一
2检测
方案
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的提出及仿真光强值
由(1J式可以看出,,=h.J,而此处的凹凸
面的高度差h正是在位相光栅的制作过程中的刻蚀 深度,由此可见,可以依据上式对位相光栅刻蚀深度 的检测做进,步的研究,图2为依据上式所绘制的光 强图(选取?=10LLm,A=0.6328LLm.d=b=2
pan,h=0,05m)
考虑到对应每个刻蚀深度h,当取得极值时,h 有:asin0+hcos0:0或asin0+heos0= 而当:.sin+hc.s=0时,(o;此为光强
获得主极大值的条件.
图2依据=f(h,0】所绘光强图
光强值
L
由此可见,光强取得主极大值处满足式h=一n?tg0(h为负是由于计算中坐标的选取,实际检测时h
gO=孚(式中:d为取绝对值),由于日角与ccD上象素点的位置有一一对应的关系t象素点的位置;s为透
镜焦距),所以,如果在检测过程中测出光强峰值点的位置坐标,即对应的象素点位置d,则由关系式h:
一
.'
号可确定此时的刻蚀深度选取.=6=10m,=0.6328m=150mm,当^移动o.001m时,相
第1期王彦等:一种位相光栅激光衍射干涉场的研究
?^为15m,约对应CCD上象素点位置移动1个象索(CCD上相邻应的d改变土.
象素点之间距离为14
u
),即移动一个象素约对应刻蚀深度改变0.001m,而目前已较成熟的CCD拟台的方法可以达到精度
O.01个象素,因此检测过程中可以达到10×10一s-?的精度.并且对于b值越小,其检测精度越高,如
果选取d:b:2m时,当h移动0.001m时,对应的CCD上象素点位置将移动约5个象素,此时精度可
达到2×10.岬.
采用这种检测方法,其精度仅和象素点位置的精度有关,不受光强可能的整体上下抖动的影响,因此这
种检测手段以满足实际加工中刻蚀深度的实时监控的要求.
3结束语
位相光栅刻蚀深度的实时检测一直是我国微光学器件微加工中的一项薄弱环节.采用上述方法对二元
光学元件的刻蚀深度进行实时检测,将离子束刻蚀深度的信息转换成光强峰值定位点的信息,而与光强具
体数值无关,因此,采用这种方法测量刻蚀深度的精度可以获得较高的精度. 蒜
参考文献:
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