計算機光學元件的制作及新應用

秦 維，劉 杰，劉 念，王 笑，賈永兵，馮 曉，閆衛軍

（陜西省西安應用光學研究所 陜西 西安 710065）

1 引言

計算機光學元件制作的過程中，主要使用掩模法、反應離子束刻蝕法等，目前已經開始應用在軍事等國家重要領域中，形成了良好的技術應用和發展模式，屬于我國各個領域中先進、可靠的技術基礎。

2 計算機光學元件制作分析

2.1 掩模制作

此類制作方式主要就是利用掩模的光學制版刻蝕方式，用來進行二級、多級臺階特點的衍射光學元件制作，其可以在掩模板進行曝光之后，形成亮度、暗度相互交替的二值化圖案，然后利用薄膜向下沉積形式或者是離子向下刻蝕的形式，使得圖案能夠轉移到基片上面，實現元件制作的目的。二級臺階元件制作期間，通常需要多個掩模，開展多次刻蝕處理工作，每次刻蝕期間都必須明確各個掩模之間的圖樣有無相互重疊現象，對準的位置必須有一定的精確度，刻蝕期間必須保持著垂直的前進方向，針對位相具體的深度、寬度等進行準確控制，將誤差設定在1%之內。近年來在計算機光學元件制作期間，為了改進掩模制作形式，已經開始采用直 寫灰度掩模制作方式、模擬灰度掩模制作方式等，取得了良好的光學元件制作成績，值得進一步的推廣和應用[1]。

2.2 反應離子束刻蝕制作

反應離子束刻蝕技術屬于目前較為先進的光學元件制作技術手段，主要是將離子轟擊濺射、化學反應相互整合，最高程度上加快刻蝕的速度、提升制作效率。刻蝕制作的階段具備一定的各向異性，可以靈活控制刻蝕參數，有利于提升元件制作的結構精確度。在此類制作工作中，主要就是離子束旋轉類型、平動類型的刻蝕技術，旋轉刻蝕技術的應用，就是在系統中固定離子束源與相關的掩模板，在掩模板下面進行片基的旋轉處理，其中的片基部分、掩模板部分中心、軸相同，刻蝕機械設備的離子源會形成較為均勻的離子束，利用掩模板上面鏤空的區域，將離子束射到整張旋轉的基片上面，形成物理刻蝕的作用[2]。而平動刻蝕技術應用期間，就是要按照有關的設計工作中獲取到x、y位相分布指標，將位相分布設計于有關的掩模板上面，之后在兩個方向開展平動性的刻蝕制作工作，制作期間離子束源處于固定性的狀態，掩模板也必須固定處理，片基則是在掩模板下放的位置，沿著導軌平動刻蝕機設備，使得離子束源能夠形成均勻度較高的離子束，在掩模板的鏤空位置照射在片基上面，實現物理性的刻蝕目的。

除了上述兩種制作方法之外，還有電子束曝光直寫類型、激光束曝光直寫類型的刻蝕技術，兩種方式都屬于直寫技術措施，能夠打破之前所使用掩模制作技術的局限性，提升制作精確度，確保衍射的效率，前者能夠很好地進行尺寸在10mm之內光學元件的制作，后者則可以進行大口徑光學元件的制作，能夠提升制作效果和水平，從而提高計算機光學元件的制作有效性[3]。

3 計算機光學元件的新應用

近年來在我國軍事領域中，主要研究的部分就是敵方的“外科手術”性的打擊，空間聚焦能夠將有關的微波或激光聚焦到具體的區域之內，達到此類打擊的目的，但是，對于微波源的發出來講，波束存在發散角，在波束到達目標區域的時候，只有很小的部分才能得到利用，其他的能量都會浪費。從當前的具體狀況來講，短時間之內很難在提升微波管功率方面得到一定的突破，在此期間，應該致力于提升微波的利用效果，使用計算機光學元件處理，例如：反射類型的光學元件，在應用之后可以提升毫米波段、厘米波段的衍射效率，甚至能夠超出91%，并且計算機光學元件的規格很小，重量也很低，可以靈活性地應用，將其應用于微波波段方面，波長更容易控制，所應用的材料獲取途徑多。將光學元件作為基礎部分進行空間聚焦器的制作，除了可以降低發射源功率之外，還能減少成本，便利性較高、靈活性較強。

采用表面浮雕固定性的空間聚焦器過程中，可以在空間區域之內進行發射源所發射電磁波的聚焦處理，其中所存在的交換目標則能夠利用計算機后臺進行控制，最終達到改變其中光柵起伏的良好作用，全面進行光束的控制，甚至可以實時性地調節。計算機光學元件還能應用在航天器、空間站之間相互對接的空間站領域中，在激光交匯雷達技術方面，其中主要就是半導體激光陣列功的整形技術與合成技術，通常情況下，半導體激光器設備之內存在非對稱類型的激光通道部分，就算是基橫模出射光束方面的光斑也屬于橢圓形，在此情況下要想保證航天器和空間站之間良好的交匯，就必須確保光斑是圓形，所以，可以采用計算機光學元件，對其中的輸出光束進行整形處理，在增加交匯激光雷達功率的同時，使用LD光學元件設置系統化的陣列，同時運用二元菲涅爾衍射透鏡光學軟件進行波束的整形處理，以此來提升整形的有效性，使光斑處于圓形的狀態[4]。

4 結語

綜上所述，在計算機光學元件制作的過程中，主要應用掩模制作技術措施、反應離子束刻蝕技術、電子束曝光和激光束曝光的直寫制作技術，是確保光學元件制作質量、精確度與效果的主要技術手段。目前光學元件已經開始應用在軍事領域中，能夠提升應對外敵的能力，同時也可以進行航天器與空間站之間的交匯處理，具有重要的意義。