DE1623803A1

DE1623803A1 - Verfahren zur Herstellung von Reflexions- und Transmissionsgittern

Info

Publication number: DE1623803A1
Application number: DE19671623803
Authority: DE
Inventors: Rudolph Dipl-Phys Dietbert; Schmahl Dipl-Phys Dr Guenter
Original assignee: RUDOLPH DIPL PHYS DIETBERT; SCHMAHL DIPL PHYS DR GUENTER
Current assignee: RUDOLPH DIPL PHYS DIETBERT; SCHMAHL DIPL PHYS DR GUENTER
Priority date: 1967-02-11
Filing date: 1967-02-11
Publication date: 1970-01-02
Also published as: FR1554267A; SE341915B; GB1206035A; DE1623803B2; CH504005A

Description

Verfahren zur Herstellung von Reflexions- und Transmissionsgittern . :

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Reflexions- und Transmissionsgittern und zeigt gleichzeitig den besonderen Aufbau der nach diesem Verfahren hergestellten Gitter. Diese Gitter werden bei der Spektralanalyse von Stählen in der Eisenhüttentechnifc, zur Erzeugung von Spektren in der Astro- und in der Plasmaphysik, bei der Herstellung von Maßstäben für die gesamte optische and feinmechanische Industrie, für Maßstäbe an .Werkzeugmaschinen und dergl. benötigt. Aber auch in vielen anderen Gebieten der Technik legt man Wert auf lichtstarke Gitter mit hoher Auflösung'.

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Neue Unterlagen (M.7$1Abe.2Nr.iSate3dqaXnderon0sges.v.4.9.19671

Technisch brauchbare Gitter werden bisher ausschliesslich auf mechanischem Wege hergestellt. Dazu sind aufwendige maschinelle und räumliche Vorkehrungen nötig. Die einzelnen Gitterstriche, d.h. die materiefreien Teile von Gittern, entstehen durch Ritzen mit einem Diamanten. Dieser ist über ein stark untersetztes Getriebe seitlich verstellbar und in Längsrichtung mit einer parallelen Führungsmöglichkeit versehen. Je nach der verlangten Gitterkonstanten liegen die auf diese Art zu ritzenden Gitterstriche enger oder weiter zusammen. Dabei muss man jedoch mit einer Strichdichte bis etwa 36OO Striche pro mm Querausdehnung rechnen. Die grössten, bisher bekannten Gitter haben eine seitliche Ausdehnung von etwa 30 cm. Hieraus wird klar, dass die zur Herstellung eines Gitters erforderliche Arbeitszeit in der Grössenordnung von mehreren Wochen liegt. Solche Gitterritzmaschinen müssen erschütterungsfrei aufgestellt werden. Darüber hinaus ist eine Klimatisierung des Arbeitsraumes unbedingt erforderlich. Man hat deshalb vorgeschlagen, solche Gitteritzmaschinen in ausgedienten Bergwerken aufzustellen, um konstante Betriebsbedingungen zu erhalten. Trotzdem hängt der Erfolg einer solchen Gitterherstellung mehr oder weniger vom Zufall ab. Da die einzelnen Gitterstriche nacheinander geritzt werden, wobei die Versetzung des Ritzdiamanten über eine Spindel geschieht, treten besonders periodische Fehler auf, die mit zunehmender Grosse der geritzten Fläche stark anwachsen. Besonders störend sind weiterhin Sprünge in der Gitterkonstanten, die dazu führen, dass unter Umständen nur Teile des Gitters benutzt werden können.

Man hat versucht, diese Fehler durch interferometrische Kontrolle des Diamanten in drei Dimensionen zu vermeiden. Diese Versuche sind jedoch technisch wie finanziell au-

sserordentlich aufwendig.

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Bisher ist es üblich, nur Kunststoffabzüge von den geritzten Gittern abzuformen und diese in den Handel zu bringen. Dadurch sind beim Abformen neue Fehlerquellen gegeben, die im allgemeinen die Fehler der Originale bei weitem übertreffen.

Es sind darüber hinaus Vorschläge bekanntgeworden, durch fotograohische Aufnahme von Interferenzfiguren Gitter herzustellen. Diese Vorschläge sind jedoch zum einen Teil undurchführbar, zum anderen Teil führen sie zu unbrauchbaren Ergebnissen. Fotographische Schichten sind ihrer Natur nach nicht geeignet, Gitter mit definierter Furchenform herzustellen.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung des bisherigen aufwendigen, mechanischen Herstellverfahrens einen völlig anderen. Weg in der Herstellung von Reflexionsund Transmissionsgittern zu beschreiten, durch den es möglich ist, die Arbeitszeit von Wochen auf Stunden zu reduzieren. Darüber hinaus sollen Gitter hergestellt werden, welche eine weit verbesserte Qualität gegenüber den bisher bekannten Gittern aurweisen. Insbesondere sollen sowohl periodische als auch aperiodische Fehler nahezu vollkommen vermieden werden. Eine besondere Aufgabe stellt sich für die Herstellung sehr grosser Gitter bei gleichmässig guter Qualität. Es sollen mit dem glei-". chen Verfahren Gitter in der Grössenordnung von 1 m χ 1 m herstellbar sein.

Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von Reflexions- und Transmissionsgittern, insbes. zur Verwendung in der Spektralanalyse, als Präzisonsteilungen und dergl., geht davon aus, dass eine Schicht aus licht-

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empfindlichem Material in den Abbildungsbereich einer bei der Überlagerung zweier kohärenter Strahlenbündel entstehenden Interferenzfigur eingebracht und anschliessend an eine Belichtung zu einem Gitter entwickelt wird. Neu und erfinderisch ist, dass die Schicht aus lichtempfindlichem Material aus einer Resistschicht (lichtempfindlicher Lack) besteht, die (im Gegensatz zu fotographischen Schichten) als gesamte Schicht bzw. in ihrer gesamten Schichthöhe, an den jeweils belichteten Stellen ihre chemische Struktur ändert. Die Belichtung erfolgt durch Laserstrahlen.

Das lichtempfindliche Material bildet eine Abformschicht. Diese wird auf einem materiellen Träger aufgebracht, mit der Interferenzfigur belichtet und anschliessend entwickelt. Als Abformschichten finden Resistschichten, lichtempfindliche Lacke und dergl. Verwendung.

Zur Herstellung geblazter Reflexionsgitter wird auf dem materiellen Träger die Abformschicht aufgebracht, belichtet und entwickelt. Anschliessend wird die Oberflächenstruktur der Abformschicht verspiegelt.

Bei einer weiteren Herstellmögliehkeit für Reflexionsgitter wird auf den materiellen Träger zuerst eine spielende Schicht und erst dann die Abformschicht aufgebracht.

Die nach diesem Verfahren hergestellten Transmissions- und Reflexionsgitter sind dadurch gekennzeichnet, dass der materielle Träger aus einem Glas-, Quarz-, Kunststoffblock od.dgl. gebildet ist, der planparallele, konvexe oder konkave Form oder eine Kombinationsform aufweist. Die Abformschicht v/eist nach der Belichtung und Entwicklung eine reliefartige Oberflächenstruktur, die bevorzugt im Querschnitt sinus- oder treppenartig ist, oder eine Struktur variabler Absorption auf.

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Im allgemeinen weisen geblazte Reflexionsgitter auf der Abformschicht eine Spiegelschicht auf. Reflexionsgitter können unter der Abformschicht eine Spiegelschicht aufweisen.

Der Erfindungsgedanke lässt die verschiedensten konstruktiven Ausführungsmöglichkeiten zu. Einige davon sind in der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben, und zwar zeigen:

Fig. 1 eine Anordnung zur Erzeugung einer Interferenzfigur, -

Fig. 2 ein Gitter (Hologramm eines unendlich fernen · Punktes X,

Fig. 3 den Verlauf eines Lichtstrahls an einem geblazten Reflexionsgitter,

Fig. H- einen materiellen Träger mit Abformschicht und aufgedampfter Spiegelschicht für geblazte Reflexionsgitter,

Fig. 5 einen materiellen Träger mit Abformschicht und aufgedampfter Spiegelschicht für normale Reflexionsgitter,

Fig. 6 den materiellen Träger mit Spiegelschicht und Abformschicht.

i.'B.s Hologramm eines unendlich fernen Punktes ist in seiner .struktur ein Gitter. Die Herstellung dieses Hologramms sei anhand von Fig. 1 erläutert. Die von einem Laser 1 austretenden parallelen Strahlenbündel 2 und 2' werden durch die Blenden 3 und 3' auf genau gleichen Bündeldurchmesser gebracht. Die Blenden3 und 3' dienen ausserdem dazu, den Laserstrahl auf einen Bündelquerschnitt hinreichend homogener Intensität zu reduzieren. Über die beiden Umlenkspiegel 4 und 4' werden die Strahlen 2 und 2' in zwei an sich bekannte

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Spiegelsysteme gelenkt. Diese bestehen je aus einem kleinen Parabolspiegel 6 und 6' und aus je einem grossen Parabolspiegel 5 und 5' und bilden jeweils ein teleskopisches System. Dies dient dazu, die Bündelquerschnitte im Verhältnis der Brennweiten der Spiegel zu vergrössern. Es gilt die bekannte Beziehung, dass sich die Durchmesser der Bündel umgekehrt wie die dazugehörigen Brennweiten der Parabolspiegel verhalten.

Die optischen Achsen der beiden teleskopischen Systeme bilden einen Winkel 7* der in der Interferenzfigur, z.B. in der Ebene der Abformschicht 8, bei vorgegebener Wellenlänge des kohärenten Laserlichtes den Abstand 9 der Intensitätsmaxima bzw. Minima bestimmt.

Auf der Abformschicht 8, die aus einer Resistschicht oder einem lichtempfindlichen Lack bestehen kann, erhält man als Ausschnitt aus der Interferenzfigur eine gitterförmige Struktur. Diese wird durch geeignete Behandlung, z.B. Entwicklung in ein Reflexions- bzw. Transmissionsgitter dauerhaft abgeformt. In Fig. 3 ist die Gitterkonstante 9 dargestellt, die Reliefhöhe 10, sowie ein auf das Gitter einfallender Strahl 11, der als Strahl 12 reflektiert wird. Mit 13 ist die Gitternormale bezeichnet.

In Fig. 2 ist ein Gitter dargestellt, wie es auf der Abformschicht 8 in Fig. 1 zu sehen ist.

In Fig. 4 bis 6 sind verschiedene Gitter dargestellt, die unterschiedlich aufgebaut sind und nach rechts verschiedene Behandlungsstadien durchlaufen. Fig. 4 zeigt den materiellen Träger 14, auf den die Abformschicht 15 aufgebracht ist;

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Die Abformschicht 15 wird mit der Interferenzfigur, dargestellt durch die Strahlen l6, belichtet. Die Entwicklung dieser Abformschicht 15 liefert je nach Entwicklungsbedingungen eine sinus- oder treppenförmig verlaufende Reliefstruktur.

Wie in Fig. 4 dargestellt ist, besteht eine andere Möglichkeit darin, auf dem mit einer Abformschient 15 versehenen materiellen Träger 14 nach der Entwicklung der Abformschicht 15 eine Spiegelschicht 20 aufzudampfen, wodurch ebenfalls ein geblaztes oder wie in Fig. 5 dargestellt, ein normales Reflexionsgitter zu erhalten ist...

In Fig. 6 ist auf den materiellen Träger 14 eine Spiegelschicht 19 aufgebracht, auf der wiederum die Abformschicht 15 zu finden ist. Durch diesen Schiehtenaufbaü ist es möglich, normale oder geblazte Reflexionsgitter herzustellen.

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Claims

Patentansprüche :

1. Verfahren zur Herstellung von Reflexions- und Transmissionsgittern, insbes. zur Verwendung in der Spektralanalyse, als Präzisionsteilungen und dergl., in dem in den Abbildungsbereich einer bei der Überlagerung zweier kohärenter Strahlenbündel entstehenden Interferenzfigur eine Schicht aus lichtempfindlichem Material eingebracht und anschliessend an eine Belichtung zu einem Gitter entwickelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus lichtempfindlichem Material aus einer Resistschicht (lichtempfindlicher Lack) besteht, die (im Gegensatz zu fotographischen Schichten) als gesamte Schicht bzw.' in ihrer gesamten Schichthöhe, an den jeweils belichteten Stellen ihre chemische Struktur ändert, und dass die Belichtung durch Laserstrahlen erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das lichtempfindliche Material eine Abformschicht bildet, wobei die Abformschicht auf einem materiellen Träger aufgebracht, mit der Interferenzfigur belichtet und anschliessend entwickelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung geblazter Reflexionsgitter auf dem materiellen Träger die Abformschicht aufgebracht, belichtet und entwickelt wird und anschliessend die Oberflächenstruktur der Abformschicht verspiegelt wird.

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4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung von Reflexionsgittern auf dem materiellen Träger zuerst eine spiegelnde Schicht und erst dann die Abformschicht aufgebracht wird.

5. Transmissions- oder Reflexionsgitter nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der materielle Träger (l4) aus einem Glas- oder Quarzblock gebildet ist, der planparallele, konvexe oder konkave Form oder eine Kombinationsform aufweist.

6. Transmissions- oder Reflexionsgitter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abformschicht· (15) nach der Belichtung und Entwicklung reliefartige Oberflächenstruktur, die bevorzugt im Querschnitt sinus- oder treppenartig ist, oder eine Struktur variabler Absorption aufweist.

7. Geblaztes Reflexionsgitter nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieses auf der Abformschicht (15) eine Spiegelschicht (20) aufweist.

8. Reflexionsgitter nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieses unter der Abformschicht (15) eine Spiegelschicht (19) aufweist.

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