光栅的制作过程光刻机(曝光机)光栅尺国产化开发技术分析

  通过利用两束激光干涉(如图 1 所示)在涂有光敏介质的低膨胀玻璃基板上刻上周期为 1.6 μm 的光栅,进行固化处理后加盖另一块低膨胀玻璃基底并进行气密封装可得到所需光栅尺。光栅尺的刻蚀和检测将利用纳米量级位移测量精度的激光干涉位移测量系统辅助进行。在保 证激光光源波长的稳定性和刻蚀系统的位移精度(纳米乃至亚纳米量级)的情况下,可以保 证透射光栅的制造精度。这类光栅刻蚀系统过去搭建过。

  光栅尺的热膨胀系数是由玻璃(透明陶瓷)基板的热膨胀率决定,所以通过选取玻璃基底的材料(如碳酸钠玻璃热膨胀率是 8×10-6/˚C,ULE® Corning Code 7972 具有 3×10-8 /˚C 的超低热膨胀率 )可以完全达到设置超过技术指标要求的低膨胀率。

  其他技术指标可以通过相应的电路和机械设计来满足。这些方面我在英国与包括雷尼绍和空客在内的企业合作时有丰富的(近 20 年的)经验积累。

  1.2系统/数据分析和撰写可行性报告。报告包括对现有系统的结构和数据的分析,以及第2阶段和第3阶段的可行性分析以及更详细的计划和更精确的预算。 (1个月)

  在保证透射光栅的制造精度的条件下,利用透射光栅进行位移测量的主要测量误差是来自于光栅玻璃基板的厚度的变化带来的相位误差。我们光栅读头将采用类似图 2 所示的光路结构

  项目共分为3个阶段: 1.光栅尺系统分析和可行性报告 (经费预算100万,时间4个月);2. 光栅尺读头制作(经费预算750万,时间18个月);3. 光栅尺制作(经费预算1500万,时间24个月)。预算估算方法见附录1,第2、3阶段预算可能会根据第1阶段的数据和分析进行调整。各个阶段的具体任务和时间分配如下。

  我们的光栅尺的板卡将输出满足 EIA422 标准的A/B 正交信号,将支持上机测试,利用该

  (我们的读头的光路设计将比图 2 的更简单而且性能更好,该设计将会申请专利保护)。激光器 12 发出的 6mW 的 790nm 的光被分成两路射入透射光栅 11T 的同一位置。这两路光的一阶衍射光被原路反射回去,最后在四个光电探测器 133a, 133b,133c, 133d 上形成干涉信号。该干涉信号的周期是光栅的周期(1.6μm)的 1/4.也就是 0.4μm。由于该类设计能够保证两路光经过光栅时的位置始终相同。这使得光栅玻璃基片厚度变化对两路光的相位的影响几乎可以完全抵消,从而获得好于 1.8°(一个周期的 1/200)的相位测量精度。0.4μm 周期的 1/200 就是 0.01μm。所以测量精度指标完全可以达到甚至超越。

  1.1对现有光栅尺系统进行解剖分析/测量, 包括读头的光学系统 (各个光学元件的光学性能和相对角度/位置)、控制/信号处理系统和机械机构、 光栅尺的结构和光学性能、光栅尺的原点的光栅结构、读头的输出信号等。如果允许,将进行实地考察,考察光栅尺的使用环境,安装物理空间的限制,并对光栅尺在使用时的输出信号进行测量。(3个月)

  2.光栅尺读头制作750万(人

  我们的光栅尺读头和板卡之间将用 1 米左右的多芯电缆连接。主要用来给读头供电和把读头的四个光电探测器(图 2 中的 134a, 134b, 134c,134d)的信号的传到板卡。板卡把光电探测器的信号进行处理,输出满足 EIA422 标准的 A/B 正交信号。该 A/B 正交信号可以通过多芯电缆与其他系统通讯。

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