[发明专利]带有栅棱结构的轻型分束器及制作方法

说明书

带有栅棱结构的轻型分束器及制作方法，涉及光谱探测与光谱分析技术领域中的一种光学分束器件，具体涉及一种基于分束窗结构的微小型分束器。解决现有分束器体积、重量大，无法满足仪器微小型化应用需求的问题。由栅棱、分束窗和分束膜组成，栅棱对分束器进行空间分割形成分束窗阵列，分束膜位于分束窗上表面或分束窗和栅棱的上表面，栅棱对分束膜起支撑作用；栅棱横向宽度与纵向宽度相同或不同，分束窗横向宽度与纵向宽度相同或不同，分束窗在横向和纵向的占空比相同；栅棱宽度范围为1nm‑100cm，分束窗宽度范围为1nm‑100cm；栅棱厚度范围为1nm‑10cm，分束窗厚度范围为1nm‑10cm；栅棱的剖面结构为单面矩形、单面平行四边形、单面梯形、双面矩形、双面平行四边形或双面梯形。

技术领域

本发明涉及光谱探测与光谱分析技术领域中的一种光学分束器件，具体涉及一种带有栅棱结构的轻型分束器及制作方法。

背景技术

分束器是光学系统中广泛应用的一种光学器件，该器件将入射光按比例进行反射和折射，也是干涉光谱测量仪器中的核心元件之一。干涉光谱技术在近半个世纪以来取得巨大突破并得到迅速发展，具有灵敏度高、波数准确、重复性好等优点。该技术根据未知物光谱中吸收峰的强度、位置和形状，可以确定未知物分子中包含有哪些基团，进而推断未知物的结构组成。以傅里叶变换光谱仪为例，它具有多通道、高通量、高精度和杂散光低等优点，具有十分明显的应用优势。目前研究比较广泛的傅里叶变换光谱仪分为时间调制型和空间调制型，时间调制型采用动镜扫描结构，高精度的动镜驱动系统增加了仪器的体积和重量，对其便携式应用产生了一定的限制。而空间调制型不含可动部件，在可靠性和稳定性方面具有优势。近年来，随着如资源勘探、环境监控、气象监测、生命科学等领域的科学研究和工程应用的快速发展，对于微小型化、轻量化、高性价比、可进行便携式探测和在线分析的光谱仪器提出了十分迫切的使用需求。而传统的分束器是由具有一定厚度的整片分束镜和补偿板构成，或采用光学材料胶合而成的立方体结构，在体积和重量方面均限制了仪器的微型化和轻型化。本发明提出了具有栅棱结构的轻型分束器及其制作方法，由栅棱支撑分束窗，并且当分束窗低于一定厚度时，可以省略补偿板，简化了分束结构，从而实现分束器的微型化和轻量化。进而大大降低仪器的体积和重量。

发明内容

本发明为解决现有分束器体积、重量大，无法满足仪器微小型化应用需求的问题，提出一种带有栅棱结构的轻型分束器及制作方法。

带有栅棱结构的轻型分束器，由栅棱、分束窗和分束膜组成，所述栅棱对分束器进行空间分割形成分束窗阵列，分束膜位于分束窗上表面或分束窗和栅棱的上表面，栅棱对分束膜起支撑作用；栅棱横向宽度与纵向宽度相同或不同，分束窗横向宽度与纵向宽度相同或不同，分束窗在横向和纵向的占空比相同；所述栅棱宽度范围为1nm-100cm，分束窗宽度范围为1nm-100cm；栅棱厚度范围为1nm-10cm，分束窗厚度范围为1nm-10cm；所述栅棱的剖面结构为单面矩形、单面平行四边形、单面梯形、双面矩形、双面平行四边形或双面梯形，也可以为弧形或其它形状。

带有栅棱结构的轻型分束器的制作方法，采用超精密机械加工方法和MOEMS技术实现分束器的制备；

采用超精密机械加工方法制备过程为：在基底上通过一体切割、研磨及抛光技术获得栅棱和分束窗，再整体蒸镀分束膜，完成器件制备；

采用MOEMS技术实现单晶硅材料分束器的制备由以下步骤实现：

步骤一、选取单晶硅作为基底，并在所述单晶硅表面制备掩蔽膜；

步骤二、定向光刻，通过刻蚀法去除边槽图形内的掩蔽膜，露出边槽图形；采用单晶硅各向异性腐蚀液腐蚀边槽，边槽腐蚀深度等于分束窗最终的厚度；

步骤三、第二次光刻，通过刻蚀去除分束窗图形内的掩蔽膜，露出分束窗图形；采用单晶硅各向异性腐蚀液同时腐蚀边槽和分束窗，腐蚀深度至边槽腐蚀到厚度为0，分束窗达到最终的厚度；