計(jì)算機(jī)光學(xué)元件的制作及新應(yīng)用

秦 維，劉 杰，劉 念，王 笑，賈永兵，馮 曉，閆衛(wèi)軍

（陜西省西安應(yīng)用光學(xué)研究所 陜西 西安 710065）

1 引言

計(jì)算機(jī)光學(xué)元件制作的過(guò)程中，主要使用掩模法、反應(yīng)離子束刻蝕法等，目前已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用在軍事等國(guó)家重要領(lǐng)域中，形成了良好的技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展模式，屬于我國(guó)各個(gè)領(lǐng)域中先進(jìn)、可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。

2 計(jì)算機(jī)光學(xué)元件制作分析

2.1 掩模制作

此類制作方式主要就是利用掩模的光學(xué)制版刻蝕方式，用來(lái)進(jìn)行二級(jí)、多級(jí)臺(tái)階特點(diǎn)的衍射光學(xué)元件制作，其可以在掩模板進(jìn)行曝光之后，形成亮度、暗度相互交替的二值化圖案，然后利用薄膜向下沉積形式或者是離子向下刻蝕的形式，使得圖案能夠轉(zhuǎn)移到基片上面，實(shí)現(xiàn)元件制作的目的。二級(jí)臺(tái)階元件制作期間，通常需要多個(gè)掩模，開(kāi)展多次刻蝕處理工作，每次刻蝕期間都必須明確各個(gè)掩模之間的圖樣有無(wú)相互重疊現(xiàn)象，對(duì)準(zhǔn)的位置必須有一定的精確度，刻蝕期間必須保持著垂直的前進(jìn)方向，針對(duì)位相具體的深度、寬度等進(jìn)行準(zhǔn)確控制，將誤差設(shè)定在1%之內(nèi)。近年來(lái)在計(jì)算機(jī)光學(xué)元件制作期間，為了改進(jìn)掩模制作形式，已經(jīng)開(kāi)始采用直 寫灰度掩模制作方式、模擬灰度掩模制作方式等，取得了良好的光學(xué)元件制作成績(jī)，值得進(jìn)一步的推廣和應(yīng)用[1]。

2.2 反應(yīng)離子束刻蝕制作

反應(yīng)離子束刻蝕技術(shù)屬于目前較為先進(jìn)的光學(xué)元件制作技術(shù)手段，主要是將離子轟擊濺射、化學(xué)反應(yīng)相互整合，最高程度上加快刻蝕的速度、提升制作效率。刻蝕制作的階段具備一定的各向異性，可以靈活控制刻蝕參數(shù)，有利于提升元件制作的結(jié)構(gòu)精確度。在此類制作工作中，主要就是離子束旋轉(zhuǎn)類型、平動(dòng)類型的刻蝕技術(shù)，旋轉(zhuǎn)刻蝕技術(shù)的應(yīng)用，就是在系統(tǒng)中固定離子束源與相關(guān)的掩模板，在掩模板下面進(jìn)行片基的旋轉(zhuǎn)處理，其中的片基部分、掩模板部分中心、軸相同，刻蝕機(jī)械設(shè)備的離子源會(huì)形成較為均勻的離子束，利用掩模板上面鏤空的區(qū)域，將離子束射到整張旋轉(zhuǎn)的基片上面，形成物理刻蝕的作用[2]。而平動(dòng)刻蝕技術(shù)應(yīng)用期間，就是要按照有關(guān)的設(shè)計(jì)工作中獲取到x、y位相分布指標(biāo)，將位相分布設(shè)計(jì)于有關(guān)的掩模板上面，之后在兩個(gè)方向開(kāi)展平動(dòng)性的刻蝕制作工作，制作期間離子束源處于固定性的狀態(tài)，掩模板也必須固定處理，片基則是在掩模板下放的位置，沿著導(dǎo)軌平動(dòng)刻蝕機(jī)設(shè)備，使得離子束源能夠形成均勻度較高的離子束，在掩模板的鏤空位置照射在片基上面，實(shí)現(xiàn)物理性的刻蝕目的。

除了上述兩種制作方法之外，還有電子束曝光直寫類型、激光束曝光直寫類型的刻蝕技術(shù)，兩種方式都屬于直寫技術(shù)措施，能夠打破之前所使用掩模制作技術(shù)的局限性，提升制作精確度，確保衍射的效率，前者能夠很好地進(jìn)行尺寸在10mm之內(nèi)光學(xué)元件的制作，后者則可以進(jìn)行大口徑光學(xué)元件的制作，能夠提升制作效果和水平，從而提高計(jì)算機(jī)光學(xué)元件的制作有效性[3]。

3 計(jì)算機(jī)光學(xué)元件的新應(yīng)用

近年來(lái)在我國(guó)軍事領(lǐng)域中，主要研究的部分就是敵方的“外科手術(shù)”性的打擊，空間聚焦能夠?qū)⒂嘘P(guān)的微波或激光聚焦到具體的區(qū)域之內(nèi)，達(dá)到此類打擊的目的，但是，對(duì)于微波源的發(fā)出來(lái)講，波束存在發(fā)散角，在波束到達(dá)目標(biāo)區(qū)域的時(shí)候，只有很小的部分才能得到利用，其他的能量都會(huì)浪費(fèi)。從當(dāng)前的具體狀況來(lái)講，短時(shí)間之內(nèi)很難在提升微波管功率方面得到一定的突破，在此期間，應(yīng)該致力于提升微波的利用效果，使用計(jì)算機(jī)光學(xué)元件處理，例如：反射類型的光學(xué)元件，在應(yīng)用之后可以提升毫米波段、厘米波段的衍射效率，甚至能夠超出91%，并且計(jì)算機(jī)光學(xué)元件的規(guī)格很小，重量也很低，可以靈活性地應(yīng)用，將其應(yīng)用于微波波段方面，波長(zhǎng)更容易控制，所應(yīng)用的材料獲取途徑多。將光學(xué)元件作為基礎(chǔ)部分進(jìn)行空間聚焦器的制作，除了可以降低發(fā)射源功率之外，還能減少成本，便利性較高、靈活性較強(qiáng)。

采用表面浮雕固定性的空間聚焦器過(guò)程中，可以在空間區(qū)域之內(nèi)進(jìn)行發(fā)射源所發(fā)射電磁波的聚焦處理，其中所存在的交換目標(biāo)則能夠利用計(jì)算機(jī)后臺(tái)進(jìn)行控制，最終達(dá)到改變其中光柵起伏的良好作用，全面進(jìn)行光束的控制，甚至可以實(shí)時(shí)性地調(diào)節(jié)。計(jì)算機(jī)光學(xué)元件還能應(yīng)用在航天器、空間站之間相互對(duì)接的空間站領(lǐng)域中，在激光交匯雷達(dá)技術(shù)方面，其中主要就是半導(dǎo)體激光陣列功的整形技術(shù)與合成技術(shù)，通常情況下，半導(dǎo)體激光器設(shè)備之內(nèi)存在非對(duì)稱類型的激光通道部分，就算是基橫模出射光束方面的光斑也屬于橢圓形，在此情況下要想保證航天器和空間站之間良好的交匯，就必須確保光斑是圓形，所以，可以采用計(jì)算機(jī)光學(xué)元件，對(duì)其中的輸出光束進(jìn)行整形處理，在增加交匯激光雷達(dá)功率的同時(shí)，使用LD光學(xué)元件設(shè)置系統(tǒng)化的陣列，同時(shí)運(yùn)用二元菲涅爾衍射透鏡光學(xué)軟件進(jìn)行波束的整形處理，以此來(lái)提升整形的有效性，使光斑處于圓形的狀態(tài)[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在計(jì)算機(jī)光學(xué)元件制作的過(guò)程中，主要應(yīng)用掩模制作技術(shù)措施、反應(yīng)離子束刻蝕技術(shù)、電子束曝光和激光束曝光的直寫制作技術(shù)，是確保光學(xué)元件制作質(zhì)量、精確度與效果的主要技術(shù)手段。目前光學(xué)元件已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用在軍事領(lǐng)域中，能夠提升應(yīng)對(duì)外敵的能力，同時(shí)也可以進(jìn)行航天器與空間站之間的交匯處理，具有重要的意義。