提出了一種新型楔形膜在真空中的制作方法，可以替代白光干涉位移傳感器中的關鍵元件。該方法采用兩層復制技術，用有機材料SU8 膠作為楔形膜中間的材料。同時，搭建了白光干涉位移傳感器系統，對制作的楔形膜進行了測量。實驗結果表明，該解調系統具有較好的穩定性及較高的測量精度。

　　

　　在白光干涉位移傳感器中，關鍵元件是楔形膜。目前現有的制作光楔的技術有兩種。

　　

　　第一種，采用鍍介質膜的方法制作楔形膜。該方法的工藝過程是：s*先，在光學基板上鍍制高反膜，然后在高反膜上鍍楔形介質膜，z*后在介質膜上鍍一層半透半反膜，從而形成斐索干涉儀中楔形膜。缺點是：

　　

　　①鍍厚度在5 μm~40 μm 間線性變化的介質膜，其控制難度大，成功率低;

　　

　　②厚度較厚的介質膜由鍍膜機的真空環境中取出時，在空氣中受到濕度和內應力的影響，容易產生褶皺而損壞;

　　

　　③鍍制介質膜的設備昂貴，鍍40 μm 的介質膜需要20 h 以上，制作成本較高。

　　

　　第二種，利用兩個單面鍍制有半透半反膜的光學基板，基板一端用一定厚度的間隔裝置，另一端直接接觸，形成楔形空氣腔。此方法雖然簡單，但為了保證楔形空腔的厚度和位置的線性關系，兩個光學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，這就增加了空間尺寸。同時，兩個面要求加工出較高的面型，這大大增加了制作成本。

　　

　　本方法將采用一種模板復制技術，這樣，光學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 個波長，通過兩次壓印復制技術，使楔形膜上下兩個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。同時相對于現有技術二，降低了光學基板的加工成本，減小了基板的厚度，即減小了楔形膜的空間尺寸。

　　

　　采用目前常用的有機材料SU8 膠作為楔形膜中間的材料，替換了現有技術中采用鍍介質膜的方法，不需要鍍介質膜的專用設備，大大降低了成本。

　　

　　1、新型楔形膜的基本制作步驟

　　

　　新型楔形膜的基本制作步驟主要分為：壓印準備、壓印及紫外固化、脫模、堅膜、鍍反射膜、壓楔形、鍍半透半反膜等七個步驟。

　　

　　(1)壓印準備

　　

　　基片采用K9 玻璃，模板是石英玻璃(1/10 波長面型)，分為基片清洗、模板與基片的表面改性、涂膠、前烘。

　　

　　楔形膜的制作流程圖

　　

　　圖1 楔形膜的制作流程圖

　　

　　(2)壓印及紫外固化

　　

　　目的是復制模板的面型。具體操作如下：將壓印模板壓在表面具有SU-8 膠的K9 玻璃基底上， 在真空烘箱中以100℃烘烤10 min 之后，SU-8 光刻膠受熱軟化。向壓印模板施加2 MPa的壓印壓力，使得壓印模板壓入SU-8 光刻膠。保持100℃壓印溫度及2 MPa 壓印壓力120 min，待壓印結束后自然冷卻。此時，壓印模板、SU-8 光刻膠以及K9 玻璃基底會結合在一起。通過透光的壓印模板對SU-8 光刻膠進行紫外曝光，對曝光后的SU-8 光刻膠進行后烘使得SU-8 光刻膠會發生交聯。后烘溫度為100℃，時間為40 min。

　　

　　(3)脫模

　　

　　自然冷卻后，脫模。這樣，模板的面型已經復制在基片上。

　　

　　(4)堅膜

　　

　　復制有模板面型的基片放在烘箱中烘烤10 min，溫度為150℃。

　　

　　(5)鍍反射膜

　　

　　在第一次壓印后的SU8 表面鍍反射膜，如圖1(B)所示。

　　

　　(6)壓楔形

　　

　　如步驟(1)所述，在基片上旋涂SU-8，經過前烘等若干步驟，然后在基片的一端墊一個所需楔形膜厚度的精密量片，壓制楔形，如圖1(C)所示。條件跟前面的一樣。

　　

　　(7)鍍半透半反膜

　　

　　在楔形膜的表面用離子束濺射鍍膜機鍍Cr，厚度根據優化的反射率來鍍制，如圖1(D)所示。上面的幾個步驟組成了整個楔形膜的制作過程。

　　

　　小結

　　

　　利用制作的楔形膜搭建了白光干涉位移傳感器系統，同時對其進行了測試。測試結果表明，誤差在±30 μm，具有較高的測量精度。