專利名稱：一種白光干涉位移傳感器中楔形膜及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及楔形膜制作的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種白光干涉位移傳感器中楔形膜及其制作方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)1 采用鍍介質(zhì)膜的方法制作楔形膜。該方法的工藝過(guò)程是首先，在光學(xué)基板上鍍制半透半反膜，然后在半透半反膜上鍍楔形介質(zhì)膜，最后在介質(zhì)膜上鍍一層半透半反膜，從而形成斐索干涉儀中的楔形膜。該方法的缺點(diǎn)是一、鍍厚度在5μπι-40μπι間線性變化的介質(zhì)膜，其控制難度大，成功率低；二、厚度較厚的介質(zhì)膜由鍍膜機(jī)的真空環(huán)境中取出時(shí)，在空氣中受到濕度和內(nèi)應(yīng)力的影響，容易產(chǎn)生褶皺而損壞；三、鍍制介質(zhì)膜的設(shè)備昂貴，鍍40 μ m的介質(zhì)膜需要20小時(shí)以上，制作成本較高?，F(xiàn)有技術(shù)2 利用兩個(gè)單面鍍制有半透半反膜的光學(xué)基板，基板一端用40 μ m左右的間隔裝置，另一端直接接觸，形成楔形空氣間隔。此方法雖然簡(jiǎn)單，但為了保證楔形空腔的腔長(zhǎng)和位置的線性關(guān)系，兩個(gè)光學(xué)基板的鍍膜面必須有較好的面型，而基板厚度是保證面型的基礎(chǔ)，這增加了斐索干涉儀的空間尺寸。同時(shí)，每一個(gè)斐索干涉儀中均有兩個(gè)面要求加工出較高的面型，這大大增加了制作成本。目前采用白光干涉位移傳感器進(jìn)行位移測(cè)量的技術(shù)能實(shí)現(xiàn)全光的位移測(cè)量，其中對(duì)楔形膜的要求是楔形，厚度變化為線性，前后兩個(gè)面的透射率按某一比例關(guān)系。白光干涉位移傳感器工作原理見圖11，寬光譜的白光8經(jīng)過(guò)Y型光纖9中的一根光纖入射到楔形膜，經(jīng)過(guò)楔形膜10(連接到待測(cè)物)上下表面反射后，帶有波長(zhǎng)信息的光通過(guò)Y型光纖9中的另一根光纖傳輸?shù)酵哥R11，經(jīng)透鏡11準(zhǔn)直擴(kuò)束后，均勻照射到楔形膜12上，與光纖入射到楔形膜10 位移處厚度相等的位置處出現(xiàn)白光自相關(guān)干涉信號(hào)，該信號(hào)被楔形膜12后的CCD光敏元件 13接收，根據(jù)在CXD上信號(hào)的位置，判斷光纖入射到楔形膜10上光斑位置，從而進(jìn)行位移解調(diào)。本發(fā)明的目的是為了解決目前白光干涉位移傳感器中厚度在5 μ m-50 μ m間厚度線性變化的楔形腔制作難、成本高或組成楔形腔的光學(xué)元件空間尺寸太大的問(wèn)題，而提出的一種采用有機(jī)材料通過(guò)兩次復(fù)制壓印的方式制作白光干涉位移傳感器中需求的楔形結(jié)構(gòu)的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述制作楔形膜中存在的問(wèn)題，提出一種適用于白光干涉位移傳感器中需求的厚度在5 μ m-50 μ m間線性變化的楔形膜制備方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種白光干涉位移傳感器中楔形膜的制作方法，該方法的步驟如下步驟1、光學(xué)基板涂SU8膠，模板涂脫模劑。在厚度為2 3mm光學(xué)基板上旋涂SU8
3膠，膠的厚度約為25 μ m,前烘65°C，烘烤10分鐘，然后升溫至95°C，烘烤30 60分鐘；面型為1/10波長(zhǎng)(波長(zhǎng)為632. 8nm)的光學(xué)模板表面涂脫模劑；步驟2、復(fù)制模板面型將涂有脫模劑的模板壓印在涂有SU8膠的光學(xué)基板上，施加一定的壓力，保證二者完全貼合，放入真空烘箱加熱，溫度在100 120°C之間，時(shí)間2 3小時(shí)；步驟3、紫外固化SU8膠紫外固化模板和基板之間的SU8膠，再次將模板和基板一起放入烘箱，后烘溫度為95 120°C之間，時(shí)間為30分鐘，烘完后隨烘箱冷卻至室溫；然后堅(jiān)膜，烘箱溫度升至150°C，時(shí)間15分鐘，烘完隨烘箱冷卻至室溫；步驟4、脫模并去除脫模劑脫模后，利用輝光放電灰化去除基板上SU8表面的脫模劑；步驟5、鍍半透半反膜利用濺射鍍膜機(jī)在固化后的SU8表面鍍制鉻膜，厚度 2015nm 之間；步驟6、鉻膜表面涂SU8膠，模板涂脫模劑在鉻膜表面上旋涂SU8，厚度約50 μ m, 前烘65°C 10分鐘，然后升溫至100°C，50 70分鐘；在面型為1/10波長(zhǎng)(波長(zhǎng)為632. 8nm) 的光學(xué)模板表面涂脫模劑；步驟7、電鍍制作臺(tái)階將一端的SU8膠清洗干凈，電鍍30 50 μ m的臺(tái)階；步驟8、壓印形成楔形再次將涂有脫模劑的模板壓印在SU8表面，施加一定的壓力，并放入真空烘箱，溫度在100 120°C之間，時(shí)間2 3小時(shí)，加熱過(guò)程中保持壓力恒定；步驟9、紫外固化SU8膠紫外固化模板和鉻膜之間的SU8膠，再次將模板和基板一起放入烘箱，后烘溫度為95 120°C之間，時(shí)間為30分鐘；步驟10、脫模并去除脫模劑脫模后，利用輝光放電灰化去除基板上SU8表面的脫模劑；步驟11、鍍金屬膜利用濺射鍍膜機(jī)鍍制金屬膜，厚度2 6nm之間；步驟12、楔形膜制作完成。一種白光干涉位移傳感器中楔形膜，采用上述方法制備而成。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果1、采用模板復(fù)制技術(shù)，光學(xué)基片不需要有很高的面型要求，只需把模板的面型做到0.1個(gè)波長(zhǎng)，通過(guò)兩次壓印復(fù)制技術(shù)，使楔形膜上下兩個(gè)表面的面型與模板一致，保證了楔形膜的厚度變化為線性變化。同時(shí)相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)2，降低了光學(xué)基板的加工成本，減小了基板的厚度，即減小了斐索干涉儀中楔形膜的空間尺寸；2、采用目前常用的有機(jī)材料SU8膠作為楔形膜中間的材料，替換了現(xiàn)有技術(shù)中采用鍍介質(zhì)膜的方法，大大降低了成本，不需要鍍介質(zhì)膜的專用設(shè)備。SU8膠固化后呈現(xiàn)玻璃態(tài)，受溫度變化影響小，能夠承受高低溫的變化。


圖1在光學(xué)基板1上涂SU8膠2 ；圖2用涂有脫模劑的模板3壓印在涂有SU8膠2的光學(xué)基板1上，進(jìn)行加熱，紫外固化，使SU8膠的面型和3的面型一致；圖3固化SU8膠2后，將模板3分離，用灰化方法處理2表面殘留的脫模劑；
圖4在SU8膠表面濺射鍍金屬鉻膜4 ；圖5在鉻膜表面再次旋涂SU8膠5，厚度在30 50 μ m之間；圖6去除一端的SU8，電鍍形成30-50 μ m的臺(tái)階6，再次用涂有脫模劑的模板3壓印SU8膠5，在3上施加恒定的力，同時(shí)進(jìn)行加熱，固化處理；圖7固化SU8膠5后，用灰化設(shè)備處理SU8膠5表面，去除殘留的脫模劑；圖8在SU8膠5表面鍍金屬膜(Au，Al等)；圖9切割去除端部無(wú)楔形膜的部分，制備完成。圖10壓印法制作白光干涉位移傳感器中楔形膜的流程圖。圖11白光干涉位移傳感器的工作原理圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一在厚度為2mm，兩個(gè)面均為光學(xué)表面的BK7光學(xué)玻璃上旋涂上SU8膠，厚度為 2(^111，通過(guò)前烘651，時(shí)間10分鐘，升溫至95°C，時(shí)間40分鐘，如圖1在面型為1/10波長(zhǎng) (波長(zhǎng)為632. 8nm)的光學(xué)模板表面涂脫模劑。將涂有脫模劑的模板壓印在涂有SU8膠的光學(xué)基板上，施加一定的壓力，保證二者完全貼合，放入真空烘箱加熱，溫度在100°c，時(shí)間2小時(shí)，如圖3。紫外固化模板和基板之間的SU8膠，再放入烘箱，溫度為95-120°C之間，時(shí)間為30 分鐘，烘完后隨烘箱冷卻至室溫；然后堅(jiān)膜，烘箱溫度升至150°C，時(shí)間15分鐘，烘完隨烘箱
冷卻至室溫。脫模后，利用輝光放電灰化去除基板上SU8表面的脫模劑，如圖3利用濺射鍍膜機(jī)鍍制鉻膜，厚度20nm如圖4。在基板的鉻膜表面上旋涂SU8，厚度約50 μ m，前烘65 °C 10分鐘，然后升溫至 IOO0C,60分鐘，如圖5，在模板上涂脫模劑。將一端的SU8膠清洗干凈，鉻膜表面電鍍形成30-50 μ m的臺(tái)階6，再次將涂有脫模劑的模板壓印在SU8表面，施加一定的壓力，并放入真空烘箱，溫度在100°C，時(shí)間2小時(shí)，加熱過(guò)程中保持壓力恒定，如圖6。利用輝光放電灰化去除基板上SU8膠5表面上的脫模劑，如圖7，利用濺射鍍膜機(jī)鍍制金膜，厚度4nm如圖8。用玻璃刀切割去除頂端無(wú)楔形膜處，得到白光干涉位移傳感器用楔形膜。如圖9。實(shí)施例二 在厚度為3mm，兩個(gè)面均為光學(xué)表面的石英光學(xué)基板上涂30 μ m的SU8膠，前烘， 壓印，脫模、灰化、鍍鉻膜和實(shí)施例一相同；二次涂SU8膠，厚度為45 μ m后，去除一端的SU8 膠，電鍍出40 μ m的臺(tái)階。其余與實(shí)施例一相同。實(shí)施例三在光學(xué)基板上涂20 μ m的SU8膠，前烘，壓印，脫模、灰化、鍍鉻膜和實(shí)施例一相同； 二次涂SU8膠，厚度為35 μ m后，去除一端的SU8膠，電鍍出30 μ m的臺(tái)階。中間過(guò)程與實(shí)施例一相同，利用輝光放電灰化去除基板上SU8膠5表面上的脫模劑，如圖7，去除電鍍臺(tái)階6，鍍制鋁膜，厚度6nm，如圖8。
其余與實(shí)施例一相同。
權(quán)利要求
1.一種白光干涉位移傳感器中楔形膜的制作方法，其特征在于該方法的具體實(shí)施步驟如下步驟1、光學(xué)基板涂SU8膠，模板涂脫模劑。在厚度為2 3mm光學(xué)基板上旋涂SU8膠， 膠的厚度約為25 μ m，前烘65°C，烘烤10分鐘，然后升溫至95°C，烘烤30 60分鐘；面型為1/10波長(zhǎng)(波長(zhǎng)為632. 8nm)的光學(xué)模板表面涂脫模劑；步驟2、復(fù)制模板面型將涂有脫模劑的模板壓印在涂有SU8膠的光學(xué)基板上，施加一定的壓力，保證二者完全貼合，放入真空烘箱加熱，溫度在100 120°C之間，時(shí)間2 3小時(shí)；步驟3、紫外固化SU8膠紫外固化模板和基板之間的SU8膠，再次放入烘箱，后烘溫度為95 120°C之間，時(shí)間為30分鐘，烘完后隨烘箱冷卻至室溫；然后堅(jiān)膜，烘箱溫度升至 150°C，時(shí)間15分鐘，烘完隨烘箱冷卻至室溫；步驟4、脫模并去除脫模劑脫模后，利用輝光放電灰化去除基板上SU8表面的脫模劑；步驟5、鍍半透半反膜利用濺射鍍膜機(jī)在固化后的SU8表面鍍制鉻膜，厚度20 25nm 之間；步驟6、鉻膜表面涂SU8膠，模板涂脫模劑在鉻膜表面上旋涂SU8，厚度約50 μ m，前烘 65°C 10分鐘，然后升溫至100°C，50 70分鐘；在面型為1/10波長(zhǎng)(波長(zhǎng)為632. 8nm)的光學(xué)模板表面涂脫模劑；步驟7、電鍍制作臺(tái)階將一端的SU8膠清洗干凈，電鍍30 50 μ m的臺(tái)階； 步驟8、壓印形成楔形再次將涂有脫模劑的模板壓印在SU8表面，施加一定的壓力，并放入真空烘箱，溫度在100 120°C之間，時(shí)間2 3小時(shí)，加熱過(guò)程中保持壓力恒定；步驟9、紫外固化SU8膠紫外固化模板和鉻膜之間的SU8膠，再次放入烘箱，后烘溫度為95 120°C之間，時(shí)間為30分鐘；步驟10、脫模并去除脫模劑脫模后，利用輝光放電灰化去除基板上SU8表面的脫模劑；步驟11、鍍金屬膜利用濺射鍍膜機(jī)鍍制金屬膜，厚度2 6nm之間； 步驟12、楔形膜制作完成。
2.一種白光干涉位移傳感器中楔形膜，其特征在于其采用上述方法制備而成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種白光干涉位移傳感器中楔形膜及其制作方法，該方法用壓印技術(shù)在普通的光學(xué)基底上得到較好的面型，在壓印后的基底上鍍制反射率為某一值的金屬膜，再在金屬膜上通過(guò)壓印技術(shù)制作出楔形膜，在楔形膜上表面鍍制設(shè)計(jì)要求的半透半反膜，得到線性楔形膜。本發(fā)明這種厚度單調(diào)線性變化的楔形膜的制作方法解決了傳感器中厚度在5～50微米線性變化的楔形膜的制作難題，為白光干涉位移傳感器的研制提供了關(guān)鍵技術(shù)。
文檔編號(hào)G02B1/10GK102540281SQ20121002254
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月1日
發(fā)明者付紹軍, 劉正坤, 徐向東, 邱克強(qiáng), 黃濤 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)