научная статья по теме КРУГОВАЯ ЛАЗЕРНАЯ ЗАПИСЫВАЮЩАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ФАЗОВЫХ И АМПЛИТУДНЫХ МИКРОСТРУКТУР НА СФЕРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЯХ Энергетика

Текст научной статьи на тему «КРУГОВАЯ ЛАЗЕРНАЯ ЗАПИСЫВАЮЩАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ФАЗОВЫХ И АМПЛИТУДНЫХ МИКРОСТРУКТУР НА СФЕРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЯХ»

15. Lopez N. A., Burton R. R., Kamer-man G. W., Miles B. H. Product chain analysis of three-dimensional imaging laser radar systems employing Geiger-mode avalanche photodiodes // Proc. SPIE 7684, Laser Radar Technology and Applications XV. — 2010.

16. URL: http://cyberoptics.com/pdf/ PressReleases/Cyberoptics_Advanced_ 3 D_Sensor_Technology_VFFINAL.pdf.

17. Lange R., Seitz P. Solid-state time-offlight range camera // IEEE J. Quantum Electron. — 2001. — 37 (3). — P. 390—397.

18. Payne A. D., Dorrington A. A., Cree M. J, Carnegie D. A. Improved measurement linearity and precision for AMCW time-of-flight range imaging cameras // Appl. Opt. — 2010. — 49 (23). — P. 4392—4403.

19. Guillaume A., Dominique H. et al. Physical modeling of 3D and 4D laser imaging // Proc. SPIE. Laser Radar Technology and Applications XV. — 2010 — Vol. 7684.

20. Piatti D., Rinaudo F. SR-4000 and CamCube 3.0 Time of Flight Cameras: Tests and Comparison // Remote Sensing. — 2012. — 4. — P. 1069—1089.

21. Chiabrando F, Chiabrando R., Piatti D, Rinaudo F. Sensors for 3D Imaging: Metric Evaluation and Calibration of a CCD/CMOS Time-of-Flight Camera // Sensors. — 2009. — № 9. — P. 10080—10096.

22. Payne A. D., Dorrington A. A, Cree M. J, Carnegie D. A. Improved measurement linearity and precision for AMCW time-of-flight range imaging cameras //

Appl. Opt. - 2010. - № 49 (23). -P. 4392-4403.

23. URL: http://www.infineon.com/cms/ en/product/.

24. URL: http://www.innovationsinsight-mag.com/content/.

25. Пат. RU 2296947. Способ бесконтактного обмера тел со сложной формой поверхности. [Pat. RU 2296947. Non-contact method of measurement of bodies with complex surface shape. (In Russian)]

26. URL: http://mirror2image.wordpress. com/2010/11/30/how-kinect-works-stereo-triangulation/.

27. URL: http://www.odos-imaging.com.

28. URL: http://www.infineon.com/cms/ en/product/.

УДК 681.7:004.9

КРУГОВАЯ ЛАЗЕРНАЯ ЗАПИСЫВАЮЩАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ФАЗОВЫХ И АМПЛИТУДНЫХ МИКРОСТРУКТУР

НА СФЕРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЯХ1

CIRCULAR LASER WRITING SYSTEM FOR FABRICATION OF PHASE AND AMPLITUDE MICROSTRUCTURES ON SPHERICAL SURFACES

1) Верхогляд Александр Григорьевич

зав. лабораторией Е-mail: verhog@tdisie.nsc.ru

1) Завьялова Марина Андреевна

мл. научн. сотрудник Е-mail: mzav@tdisie.nsc.ru

2) Качкин Антон Евгеньевич

научн. сотрудник

Е-mail: anton.kachkin@yandex.ru

1) Кокарев Сергей Александрович

мл. научн. сотрудник Е-mail: kokarev@tdisie.nsc.ru

2) Корольков Виктор Павлович

д-р техн. наук, ст. научн. сотрудник Е-mail: victork@iae.nsk.ru

1) Конструкторско-технологический институт научного приборостроения СО РАН,

г. Новосибирск

2) Институт автоматики и электрометрии СО РАН, г. Новосибирск

1) Verhoglyad Aleksander G.

Head of Laboratory Е-mail: verhog@tdisie.nsc.ru

1) Zavyalova Marina A.

Associate Scientist Е-mail: mzav@tdisie.nsc.ru

2) Kachkin Anton Ye.

Researcher

Е-mail: anton.kachkin@yandex.ru

1) Kokarev Sergey A.

Associate Scientist Е-mail: kokarev@tdisie.nsc.ru

2) Korolkov Viktor P.

D. Sc. (Tech.), Senior Researcher Е-mail: victork@iae.nsk.ru

1) Technological Design Institute

of Scientific Instrument Engineering SB RAS, Novosibirsk city

2) Institute of Automation and Electrometry SB RAS, Novosibirsk city

1 Работа частично финансирована за счет ФЦП "Кадры" (соглашение № 14.132.21.1669) и проекта 11.8.3.5: "Разработка техно■ логий формирования и контроля с наноразрешением непрерывного профиля произвольной топологии на трехмерных широкоапертур-ных поверхностях" (номер госрегистрации 01201364218).

Аннотация: Работа посвящена принципам построения и результатам разработки круговой лазерной записывающей системы нового поколения, предназначенной для записи дифракционных оптических элементов (ДОЭ) на сферических поверхностях с ошибкой волнового фронта менее ^/100. Использование двух лазеров позволяет реализовать на данной системе запись многоуровневого микрорельефа фазовых ДОЭ на пленках фоторезиста и амплитудных фотошаблонов на тонких пленках хрома. Данная система является уникальным литографическим оборудованием, не имеющим аналогов в мире. В работе рассмотрен также датчик автофокусировки, позволяющий поддерживать фокус при наклоне поверхности до 8° с погрешностью ±0,1 мкм.

Ключевые слова: круговая лазерная записывающая система, датчик автоматической фокусировки, фоторезист, дифракционный оптический элемент.

Abstract: The paper is devoted to the construction principles and the development results of a circular laser writing system of new generation for production the diffractive optical elements (DOE) on the spherical surfaces with the wavefront error V100. Using two lasers allows recording on this system the multi-level phase DOE microrelief on the photoresist film as well as the amplitude photomasks on chromium thin films. This system is the unique lithography equipment in the world, which doesn't have analogues. The autofocus sensor, that allows maintaining the focus under the tilted surface up to 8° with the accuracy of ± 0,1 um is also considered in this paper.

Keywords: circle laser writing system, autofocus sensor, photoresist, diffractive optical element.

ВВЕДЕНИЕ

Конструкторско-технологичес-кий институт научного приборостроения и Институт Автоматики и Электрометрии СО РАН с середины 1990-х годов ведут совместные работы по проектированию и изготовлению круговых лазерных записывающих систем (КЛЗС) по заказам ведущих отечественных и зарубежных научных и производственных организаций [1, 2]. Дифракционные и микрооптические элементы, а также шкалы, лимбы и фотошаблоны различного назначения, синтезируемые на КЛЗС, широко используются во многих отраслях промышленности, особенно таких, как оптическое приборостроение, измерительная техника, лазерная техника, биомедицина, светотехника и др. При этом актуальной задачей является изготовление элементов с высокой точностью и производительностью. Кроме того, к КЛЗС выдвигаются требования по расширению функциональности, разнообразию обрабатываемых материалов и форм заготовок.

Указанные требования, а также прогресс в развитии лазерной техники привели к необходимости существенной модернизацию КЛЗС. Если раньше в качестве источника излучения использовался аргоновый лазер, перестраиваемый по длине волны между 457 и 514 нм для записи на фоточувствительных или термочувствительных материалах, то современный уровень развития полупроводниковых лазеров сделал

возможным их применение в КЛЗС для записи на фоточувствительных материалах.

Для записи на термочувствительных материалах, требующих на 1—3 порядка большей плотности мощности, чем для фотоматериалов, стало возможным использовать твердотельные лазеры с длиной волны 532 нм. Отличительной особенностью КЛЗС нового поколения является возможность синтеза элементов с рельефно-фазовой структурой, размещенной не только на плоских, но и сферических поверхностях.

Интерес к разработке лазерных систем для записи на криволинейных поверхностях существенно вырос в последние годы [3—5], так как новая возможность позволяет, например, корректировать аберрации линз при создании высокоэффективных ахроматизированных проекционных систем, работающих в видимом спектральном диапазоне [6]. В настоящей работе описаны двухканальная КЛЗС нового поколения, ее технические характеристики, а также приводятся результаты оптимизации датчика автоматической фокусировки лазерного излучения для работы на сферических поверхностях.

ДВУХКАНАЛЬНАЯ КЛЗС

И ЕЕ ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ

ХАРАКТЕРИСТИКИ

Принцип действия КЛЗС основан на формировании изображения сфокусированным лазерным лучом

на вращаемой стеклянной подложке с нанесенным на нее хромом или фоторезистом в режиме кругового растрового сканирования. На рис. 1 показана упрощенная структурно-функциональная схема типичной КЛЗС. Подложка размещается на планшайбе моторизованного аэростатического шпиндельного узла с угловым датчиком. С помощью головки записи, в состав которой входят привод и датчик автофокусировки (ДАФ) микрообъектива, а также видеокамера, на ее поверхность фокусируется лазерный пучок, промо-дулированный в канале модуляции. Радиальное перемещение головки записи обеспечивается кареткой на аэростатическом подшипнике с линейным двигателем. Положение каретки измеряется лазерным интерферометром.

На базе этой схемы была разработана КЛЗС, предназначенная для записи по фоторезисту в поле диаметром до 285 мм. Эта система обеспечивала также прямую термохимическую запись на пленках хрома [1] в поле диаметром до 100 мм.

На рис. 2 показана оптико-электронная функциональная схема управления мощностью излучения двух записывающих лазеров в новой КЛЗС. В ней заложены следующие принципы построения: использование двух лазеров с существенной разницей по длине волны и мощности излучения; пространственное совмещение пучков обоих лазеров, сфокусированных микрообъективом в одной плоскости; раз-

дельное управление модуляцией интенсивности пучка по радиальной и угловой координатам для каждого лазера с одноступенчатой модуляцией по угловой координате и многоступенчатым управлением интенсивностью пучка по радиальной координате путем аналоговой и импульсной модуляции, а также использование моторизованного дифракционного аттенюатора МДА с переменным пропусканием. Для калибровки мощности пучка используется фотоприемник калибровки ФПК, а результат воздействия на пленку контролируется фотоприемником контроля записи ФПКЗ.

В качестве записывающих лазеров использовались диодный УФ-лазер PhoXX-405-60 фирмы Omicron GmBH (Германия) с длиной волны 405 нм и мощностью 60 мВт и малошумящий стабилизированный DPSS-лазер с длиной волны 532 нм и мощностью 200 мВт. Система с двумя лазерами дает возможность оперативно переходить с одной технологии записи на другую и даже сочетать их.

Диодный УФ-лазер, изготавливаемый специально для КЛЗС, генерирует сходящийся лазерный пучок. Медленная модуляция мощности этого лазера в зависимости от радиальной координаты — радиальная амплитудная модуляция (РАМ) осуществляется управлением тока лазерного диода, а скоростная мод

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком