张方程， 于海利， 周敬萱

（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033）

0 引 言

中阶梯光栅作为衍射光学元件被广泛应用于光谱探测和光谱分析，其中大尺寸中阶梯光栅凭借其较高的衍射级次和大孔径实现了极高的光谱分辨率（分辨率可达106量级以上），是天文观测、痕量元素探测仪器等的核心光学器件[1－4]。目前，尺寸在300mm×300mm以上的中阶梯光栅仅能通过光栅刻划机制作。其原理是利用金刚石刻刀挤压、抛光镀在光栅基底上的铝膜，使铝膜表面按设计要求发生预期的形变，刻制出具有纳米精度的周期性微观槽形，如图1所示。

图1 中阶梯光栅刻槽截面

光栅刻划过程是对铝膜的重塑过程，刻划过程中不产生铝屑[5－7]。

图1中铬层的作用是作为过渡层增加铝膜与光栅基底结合的牢固度，另外，可以防止在刻划过程中对金刚石刻刀压重过大损伤光栅基底。由图中可以看出，中阶梯光栅刻槽的截面近似为直角三角形，区别于常规分子光谱仪光栅，其较短的一个直角边所在平面是光栅的工作平面。根据光栅电磁场理论计算可知，这样的槽形在高衍射级次下具有较高的衍射效率[8]。设计的中阶梯光栅刻槽参数见表1。

表1 中阶梯光栅设计参数

从表1可以看出，设计的中阶梯光栅刻槽密度低，光栅常数大，要求的铝膜厚度大。为了满足大尺寸中阶梯光栅刻划需要，镀制的铝膜需满足如下要求：

1）铝膜厚度。设计的刻槽深度为5.0～6.0μm，为保证较好的成槽特性，根据光栅刻划经验，铝膜厚度通常为光栅槽深的2～2.5倍，因此，镀制出的铝膜厚度范围是10～15μm。……