仲健魁，黃元申,3，倪爭(zhēng)技,3，徐邦聯(lián)，張大偉,3

（1.上海理工大學(xué) 教育部光學(xué)儀器與系統(tǒng)工程研究中心，上海 200093；2.上海理工大學(xué) 上海市現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200093；3.上海光學(xué)儀器研究所，上海 200093）

引 言

傳感器在獲得目標(biāo)地物圖像的同時(shí)，也能獲得反映地物特點(diǎn)的連續(xù)、光滑的光譜曲線。這種既能成像又能獲得目標(biāo)光譜曲線的“譜像合一”的技術(shù)，稱為成像光譜技術(shù)[1]。成像光譜儀是成像光譜技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)的實(shí)物載體，它是以多路的連續(xù)的并具有高光譜分辨率方式獲取圖像信息的一種新型傳感器[2]。按照分光原理的不同可以將其分為棱鏡色散型、光柵衍射型、濾光片型、干涉型以及計(jì)算層析型[3]。光柵衍射型成像光譜儀是利用光柵的衍射功能來(lái)獲取目標(biāo)物的光譜，傳統(tǒng)以平面光柵和凹面光柵為分光元件的光柵衍射型成像光譜儀的主要限制因素是當(dāng)系統(tǒng)孔徑大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的光學(xué)畸變、高衍射級(jí)次的雜散光等，這嚴(yán)重影響了光譜的純度并限制了后期數(shù)據(jù)處理算法的精確度[4]。

凸面光柵成像光譜儀在20世紀(jì)80年代末期被提出以來(lái)，得到衍射效率高的凸面光柵是使成像光譜儀性能顯著上升的關(guān)鍵因素，因?yàn)槭艿疆?dāng)時(shí)凸面光柵制作水準(zhǔn)的限制，凸面光柵成像光譜儀剛開(kāi)始并沒(méi)有獲得普遍使用，到90年代中期隨著離子束刻蝕法等凸面光柵技術(shù)的成熟發(fā)展，凸面光柵開(kāi)始被國(guó)外研究機(jī)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)室等廣泛應(yīng)用于光譜成像儀上。1987年，Kwo等[5]最先提出了以O(shè)ffner同心分光結(jié)構(gòu)為架構(gòu)的凸面光柵成像光譜儀，此設(shè)備用凸面光柵作色散元件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)大孔徑但是有像散；1999年，Chrisp[6]對(duì)其結(jié)構(gòu)作了改善，凸面光柵成像光譜儀的成像水平得到大幅度提升；意大利的伽利略電子航空公司Galileo Avionica于1995年成功研發(fā)出全球首臺(tái)凸面光柵超光譜成像儀（visual and infrared mapping spectralmeter, VIMS）[7]，并用在了Cassini號(hào)土星探測(cè)器上；美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）與歐洲航天局[8]于1996年研發(fā)出以分區(qū)凸面光柵為核心元件的，搭載VIRTIS-M光學(xué)系統(tǒng)的可見(jiàn)紅外成像光譜儀-VIRTIS，將其放置在Rosetta號(hào)探測(cè)器上，用來(lái)勘測(cè)與追蹤天文彗星；美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室與美國(guó)國(guó)家全息有限公司于1998年研制一種凸面光柵高光譜成像儀[9]，光學(xué)頻譜范圍較廣，從可見(jiàn)光至近紅外線，該儀器所應(yīng)用的凸面光柵是155條/mm，其閃耀角約為5°，在上述光譜范圍中能夠獲取均值超過(guò)50%的衍射效率，這個(gè)光譜儀被用在了海洋環(huán)境勘察檢測(cè)上。1998年，Mouroulis等[10]制造了凸面同軸成像光譜儀，光學(xué)頻譜范圍覆蓋到400～2 500 nm，其中400～1 000 nm內(nèi)利用光柵的第二級(jí)衍射光，相對(duì)于衍射效率最高數(shù)值能夠達(dá)到85%，而1 000～2 500 nm范圍內(nèi)利用光柵的第一級(jí)衍射光，相對(duì)于衍射效率最高數(shù)值能夠達(dá)到88%，其光柵的閃耀角被控制在不超過(guò)2°。2007年，Lucke[11]研制了一種非標(biāo)準(zhǔn)的Offner結(jié)構(gòu)凸面光柵成像光譜儀，其色散發(fā)生在“平面之外”，該光譜儀入射狹縫與凸面光柵刻線和光學(xué)主平面呈平行關(guān)系，而其色散方向與光學(xué)主界面呈垂直關(guān)系，該結(jié)構(gòu)能將系統(tǒng)Seidel相差消除。2009年，Whyte等[12]報(bào)道了一種用于大氣中差分光吸收光譜的凸面光柵光譜儀的結(jié)構(gòu)。蘇州大學(xué)在2010年進(jìn)行了可見(jiàn)光波段的凸面閃耀光柵的研制和應(yīng)用研究[13]，通過(guò)全息離子束刻蝕方法實(shí)現(xiàn)了凸面閃耀光柵的研制，其光柵關(guān)鍵參數(shù)為口徑35 mm，曲率半徑72 mm，閃耀角4.3°，空間頻率200 mm-1，位于400～800 nm光學(xué)頻譜范圍內(nèi)時(shí)，它的一級(jí)絕對(duì)衍射效率皆不低于35%，最高的衍射效率逼近55%；2012年，中科院長(zhǎng)春光機(jī)所劉玉娟等[4]進(jìn)行了凸面光柵成像光譜儀的研制與應(yīng)用研究，通過(guò)全息方法設(shè)計(jì)制作出凸面矩形槽光柵，并將制作出的凸面光柵用作核心器件制成了光譜分辨率為2.1 nm的便攜式成像光譜儀，其色畸變?yōu)?.6%，光譜曲線彎曲為0.09%。

以凸面閃耀光柵為核心分光元件的凸面光柵成像光譜儀具有成像質(zhì)量高，無(wú)譜線彎曲，無(wú)梯形畸變，光譜響應(yīng)函數(shù)一致均勻，結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，可以獲得高分辨率的光譜圖像[14]，在航空航天、遙感技術(shù)、大氣環(huán)境探測(cè)等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用[15-16]。輪廓分為兩種：矩形槽形輪廓（Laminar光柵）和鋸齒槽形輪廓（閃耀光柵），槽形是決定凸面光柵衍射效率高低的重要參數(shù)之一，Laminar光柵制作相對(duì)簡(jiǎn)單但衍射效率偏低，凸面閃耀光柵雖制作較復(fù)雜但衍射效率偏高[17]，在光譜儀里被普遍使用。制作凸面光柵的方法主要有：電子束直寫法、X射線光刻法、機(jī)械刻劃法、全息離子束刻蝕法等。

傳統(tǒng)機(jī)械刻劃法通常用于面積較大的平面光柵與曲率半徑較大的羅蘭（凹面）光柵制作，使用其來(lái)制作凸面光柵還有一些困難。該方法理論上能夠制作凸面閃耀光柵，但在現(xiàn)實(shí)的刻劃過(guò)程中，凸面基底上槽形的一致性并不能得到保證，特別是對(duì)于大曲率、閃耀角較小的凸面光柵基底來(lái)說(shuō)，其對(duì)刻劃刀刀架的控制精度與允許形變量的要求極高。通過(guò)刻劃法制作的光柵的刻槽是由先后刻劃產(chǎn)生，這種時(shí)間上的先后順序就會(huì)造成周期性和隨機(jī)性位移誤差，并可能導(dǎo)致鬼線產(chǎn)生。2017年，Xu等[18]利用單晶金剛石在摩爾納米技術(shù)350FG刻劃?rùn)C(jī)器上（金剛石車削法）制作凸面閃耀光柵，該光柵基底材料選擇的是黃銅C46400，相比鋁鎳等其它材料能在不嚴(yán)重磨損工具的情況下，產(chǎn)生周期性、變槽形結(jié)構(gòu)的凸面光柵。電子束刻劃法在光柵槽形設(shè)計(jì)上具有極高的靈活性，理論上可通過(guò)此方法在光柵基底上制造出任意結(jié)構(gòu)的槽形。電子束刻蝕光柵還具有雜散光低、波前質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，但是因?yàn)榇朔椒ㄊ窍韧ㄟ^(guò)使用數(shù)個(gè)臺(tái)階近似光柵的槽面，然后對(duì)每個(gè)這樣的臺(tái)階用不同計(jì)量的電子束實(shí)行逐行掃描曝光，接著顯影制作出光柵，所以電子束刻劃法消耗時(shí)間長(zhǎng)、成本高，而且其凸面矢高小于4 mm，即存在著基底尺寸與曲率受限的瑕疵，也存在鬼線。X射線光刻法相對(duì)于電子束直寫法，一樣可以制造出設(shè)計(jì)要求全部滿足的槽形結(jié)構(gòu)，且其過(guò)程較靈活，基本沒(méi)有鬼線，在制作周期大的光柵過(guò)程中不會(huì)受到基底曲率限制的優(yōu)點(diǎn)。但是可以作為其曝光光源的X射線光源太過(guò)稀少[19]。2003年，JPL實(shí)驗(yàn)室的Wilson等[20-21]分別介紹了通過(guò)電子束直寫法和X射線光刻法制作凸面光柵的方法，其制作出的凸面光柵衍射效率較高，分別達(dá)到了90%和88%。

本文主要對(duì)凸面閃耀光柵全息離子束刻蝕制備技術(shù)展開(kāi)介紹。全息離子束刻蝕法是光柵制造領(lǐng)域最常用的方法之一，全息光柵是利用干涉曝光將干涉條紋記錄在基底表面的光刻膠膜層上，并通過(guò)顯影使光刻膠膜層轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂兄芷谛钥臻g結(jié)構(gòu)的掩模圖樣而制成的。之后用離子束刻蝕全息光刻膠光柵掩模，將掩模圖樣轉(zhuǎn)移到基底上，就得到了全息離子束刻蝕光柵[22]。由于全息離子束刻蝕光柵的刻槽是利用干涉現(xiàn)象同時(shí)產(chǎn)生的，而不像刻劃光柵的刻槽是先后刻劃產(chǎn)生，所以并不存在隨機(jī)性和周期性位移誤差，即不會(huì)有鬼線產(chǎn)生。當(dāng)離子束以90°角垂直入射到光柵基片時(shí)刻蝕出的為矩形光柵；當(dāng)離子束以一定角度于光柵基片斜入射時(shí)刻蝕出的是閃耀光柵（鋸齒型）。與其他方法相比，全息離子束刻蝕光柵具有不受面型和尺寸限制、刻蝕表面清晰、無(wú)沽污、輪廓陡直、低雜散光、槽形傾角可控、高信噪比、完全無(wú)鬼線、制造周期短等優(yōu)點(diǎn)。

1 全息離子束刻蝕凸面光柵制備技術(shù)

所謂全息技術(shù)[23]，首先根據(jù)干涉原理記錄目標(biāo)的光波信息，接著再根據(jù)衍射原理使目標(biāo)光波信息重現(xiàn)。全息光柵的制作原理是：兩束具有特定波面形狀的光束干涉，在記錄平面上形成亮暗相間的干涉條紋，用全息記錄介質(zhì)記錄干涉條紋，經(jīng)處理得到全息光柵[24]。選擇相異的波面形狀或相異的全息記錄介質(zhì)或相異的處理過(guò)程能夠獲取不同用途、不同類型的全息光柵（比如矩形光柵、閃耀光柵、平面光柵、凹面光柵、凸面光柵等），圖1為全息光柵記錄光路原理圖。1967—1968年德國(guó)的魯?shù)婪?、法?guó)的拉貝里等首次將全息技術(shù)應(yīng)用于光柵制作中，使用Ar離子激光器在涂有光刻膠的基底上制作出全息光柵[25]。

圖1 一種全息光柵記錄光路Fig.1 A holographic grating recording optical path

離子束刻蝕技術(shù)是從20世紀(jì)70年代起隨著固體器件向亞微米級(jí)線寬方向發(fā)展而興起的一種超精細(xì)加工技術(shù)[26]，全息離子束刻蝕就是由于離子束蝕刻技術(shù)的興起，再輔以全息曝光技術(shù)而形成的制備光柵的一種方法。1976年日本籍科學(xué)家Aoyagi等[27]提出了通過(guò)氬離子束斜入射刻蝕正弦形光刻膠光柵掩模來(lái)制作閃耀光柵的方法，以一種特定入射角度，使氬離子束轟擊基底與光柵掩模，根據(jù)離子束被掩摸遮擋的效果，讓其有序地刻蝕基底的不同位置，光刻膠光柵掩模被刻蝕待盡后，就可以在基底原料上出現(xiàn)閃耀槽形。1979年，Johnson等[28]用氬離子束刻蝕GaAs、SiO2等為襯底材料的閃耀光柵，詳細(xì)研究了光柵槽形輪廓的演變過(guò)程，對(duì)其槽形剖面形狀及離子束刻蝕全息光柵工藝進(jìn)行了詳盡的剖析。離子束掠入射角度與離子束對(duì)石英、K9玻璃、光刻膠等材料的刻蝕速率相關(guān)，可通過(guò)調(diào)整掠入射角度的數(shù)值來(lái)改變其刻蝕速率，進(jìn)而獲取不同的閃耀角。另外，通過(guò)更換不同的離子束來(lái)改善刻蝕選擇比，進(jìn)而獲取更加理想的閃耀槽形。

全息離子束刻蝕光柵大致過(guò)程為：首先，利用全息光刻法制造出光柵掩模；然后，通過(guò)離子束刻蝕在光柵基片材料上得到目標(biāo)槽形。全息離子束刻蝕光柵的制作過(guò)程涉及多步工藝，如圖2所示，一般包括基片處理、光刻膠涂布（涂膠）、前烘、全息曝光、顯影、后烘、離子束刻蝕、清潔處理及鍍膜等制作步驟[29]。圖3是各步驟具體槽形圖。上述流程中的全息曝光和顯影是用來(lái)形成光刻膠光柵掩模（浮雕圖形），光刻膠光柵掩模由于離子束刻蝕轉(zhuǎn)移到了光柵基底材料中，選取適當(dāng)?shù)碾x子束工作參數(shù)和入射角度，通過(guò)一些時(shí)間對(duì)光刻膠光柵掩模的刻蝕后就可以獲得目標(biāo)光柵槽型。由此可知全息曝光、顯影與離子束刻蝕為全息離子束刻蝕光柵最為重要的工藝步驟。

圖2 全息離子束刻蝕光柵工藝流程圖Fig.2 Process flow chart of holographic ion beam etching grating

圖3 全息離子束刻蝕工藝關(guān)鍵流程Fig.3 Key process of holographic ion beam etching

占寬比與槽深是反映光刻膠掩模槽形的主要參數(shù)，影響光刻膠掩模槽形的原因較多，比如烘烤時(shí)間和溫度、甩膠速度、曝光時(shí)間、曝光光強(qiáng)、波長(zhǎng)和對(duì)比度、干涉條紋的穩(wěn)定性、顯影的時(shí)間和溫度、顯影液的濃度等[30]都會(huì)影響光刻膠掩模槽形的最終形狀。即曝光與顯影工藝步驟對(duì)光刻膠掩模槽形的優(yōu)劣是十分重要的。

得到良好的光刻膠掩模是離子束刻蝕制作高質(zhì)量衍射光柵的關(guān)鍵，所以控制和檢測(cè)光刻膠掩模槽形就顯得十分重要。一是因?yàn)槿艨刂蒲谀２坌尉湍芸刂扑难苌湫剩ㄕ紝挶扰c槽深能決定光柵的衍射效率）；二是由于曝光量必須限定在光刻膠的線性范圍內(nèi)，需要曝光量正比于光刻膠刻蝕深度?，它的槽形必須最大限度滿足正弦浮雕形狀，這樣才能制出質(zhì)量高的全息像；三是保證槽底要無(wú)殘膠；最后，只有實(shí)現(xiàn)了滿足要求的光刻膠光柵掩模（掩模具有合適的占寬比與槽深），才能制成理想的離子束蝕刻光柵。在刻蝕的時(shí)候?qū)τ诓灰粯拥幕撞牧希湔紝挶扰c槽深的要求是不同的[31]。許多科研機(jī)構(gòu)采用顯影實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[32]當(dāng)作控制顯影時(shí)間的關(guān)鍵手段與方法。

2 全息離子束刻蝕閃耀凸面光柵擺動(dòng)刻蝕

由于受到凸面基底槽形的影響，當(dāng)傳統(tǒng)的全息離子束蝕刻法制作凸面光柵時(shí)，其表面的閃耀角會(huì)不一致，制作小閃耀角光柵時(shí)會(huì)有一部分凸面基底不能被蝕刻。圖4是傳統(tǒng)的離子束蝕刻閃耀光柵原理圖，樣品臺(tái)是水冷的以防止樣品受熱，并且樣品臺(tái)可以傾斜以控制選擇合適的離子束角度θ。長(zhǎng)春光機(jī)所沈晨等進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中[19]，離子束掠射角為3.472 8°，凸面光柵基底尺寸與曲率半徑之比為0.427 1。制作出的凸面光柵其閃耀角變化范圍為0?～9.47°，整個(gè)波段上的平均衍射效率低于20%。由此可知，傳統(tǒng)的平動(dòng)離子束刻蝕方法遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足凸面光柵設(shè)計(jì)需要，無(wú)法制作出閃耀角一致性好、衍射效率高的小閃耀角凸面光柵。所以克服子午方向上閃耀角一致性問(wèn)題的光柵制作技術(shù)（即擺動(dòng)刻蝕工藝）是十分重要的。

圖4 傳統(tǒng)平動(dòng)離子束刻蝕示意圖Fig.4 Schematic diagram of traditional parallel ion beam etching

1） 2018年中科院長(zhǎng)春光機(jī)所沈晨等采用了一種能夠?qū)崿F(xiàn)高效、精確控制、高穩(wěn)定性離子束刻蝕的曲面光柵離子束刻蝕機(jī)，運(yùn)用擺動(dòng)刻蝕法制作出高性能的凸面閃耀光柵。該刻蝕機(jī)的三維工作臺(tái)如圖5所示，由L形立式工作臺(tái)、X-Y兩維滑臺(tái)和θ軸水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)等組成[33-36]，該機(jī)不僅能夠通過(guò)掃描運(yùn)動(dòng)完成刻蝕平面光柵，還能通過(guò)三維擬合的擺動(dòng)刻蝕完成刻蝕凸面等曲面光柵。二維直線（x與y方向）運(yùn)動(dòng)方式和一維（θ軸）轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)方式是這個(gè)工作臺(tái)自身可以進(jìn)行的，再利用圓弧擬合算法[37-38]將三個(gè)維度擬合實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)所需的圓周運(yùn)動(dòng)，使光柵基底進(jìn)行擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)并對(duì)其分段刻蝕，最終完成整個(gè)凸面光柵刻蝕。圖6呈現(xiàn)了該工作臺(tái)刻蝕凸面光柵時(shí)的原理：開(kāi)始時(shí)工作臺(tái)由序號(hào)1位置（O1初始位置）運(yùn)動(dòng)至序號(hào)2位置（O2待刻蝕位置），接著在序號(hào)2位置與序號(hào)3位置之間運(yùn)用三個(gè)維度的擬合進(jìn)行來(lái)回的圓周運(yùn)動(dòng)，從而使光柵做擺動(dòng)刻蝕，其中點(diǎn)O為凸面光柵運(yùn)動(dòng)軌跡的圓心。該方法需要較高的工作臺(tái)的定位精度，離子束入射角的調(diào)整精度，擺動(dòng)半徑的調(diào)整精度和擺動(dòng)速度的調(diào)整精度。通過(guò)建立簡(jiǎn)單的擺動(dòng)刻蝕幾何模型，將該實(shí)驗(yàn)必須的擺動(dòng)刻蝕工藝參數(shù)計(jì)算出來(lái)，分析討論了這些工藝參數(shù)（束縫寬度、擺動(dòng)速度等）對(duì)槽形演化有何影響，最終通過(guò)此擺動(dòng)刻蝕技術(shù)成功地制造出槽形較優(yōu)的，閃耀角為2.2°，刻線密度為45.5mm-1，曲率半徑為156.88 mm，基底尺寸為67 mm的凸面閃耀光柵，在位于900～2 500 nm光學(xué)頻譜范圍內(nèi)該光柵的峰值衍射效率高達(dá)90%[19]。

圖5 三維工作臺(tái)結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Structure of 3D worktable

圖6 凸面光柵“擺動(dòng)”刻蝕工作臺(tái)示意圖Fig.6 Schematic diagram of convex grating"swing" etching stage

圖7 離子束刻蝕制作凸面閃耀光柵原理圖Fig.7 Schematic diagram of convex blazed grating fabricated by ion beam etching

3） 2014年蘇州大學(xué)程漁等考慮到考夫曼離子源產(chǎn)生的離子源都不是絕對(duì)準(zhǔn)直的，會(huì)存在一定的束散角，其存在導(dǎo)致刻蝕凸面閃耀光柵閃耀角無(wú)法進(jìn)一步減小，為減輕束散角對(duì)刻蝕過(guò)程的影響，在原有擺動(dòng)刻蝕設(shè)備的基礎(chǔ)上，新增加一層擋板在光柵上方進(jìn)行遮擋刻蝕[40]，如圖8所示。通過(guò)這種方法制作出閃耀角為3.4°的凸面閃耀光柵，相比不進(jìn)行遮擋刻蝕方法閃耀角再次降低。通過(guò)對(duì)閃耀角大約4°的凸面閃耀光柵在光刻膠涂覆時(shí)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)涂布或提拉涂布光刻膠來(lái)進(jìn)一步降低閃耀角，進(jìn)而改善光柵的閃耀槽形。光刻膠涂覆時(shí)采用旋轉(zhuǎn)涂布的方法制作出的凸面閃耀光柵閃耀角為1.85°、反閃耀角為11.1°；光刻膠涂覆時(shí)采用提拉涂布的方法制作出的凸面閃耀光柵閃耀角為1.81°、反閃耀角為12.7°。

圖8 離子束刻蝕制作凸面閃耀光柵（加2層擋板）Fig.8 Fabrication of convex blazed grating by ion beam etching（with 2 layers of baffles）

凸面光柵由于其基板形狀的特殊性，具有高衍射效率、良好閃耀角一致性的凸面光柵想要通過(guò)全息離子束蝕刻技術(shù)制作出來(lái)仍然是非常困難的。因?yàn)槭艿角婊浊实挠绊?，在使用傳統(tǒng)的離子束刻蝕裝置制作凸面光柵過(guò)程中，光柵的表面不同位置上的閃耀角會(huì)有變化，變化方向是沿曲面的，這就產(chǎn)生了閃耀角的不一致現(xiàn)象；如果是制作閃耀角比較小的凸面光柵，由于曲面基底遮擋住離子束，所有區(qū)域并不是全部被刻蝕。以上的現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致傳統(tǒng)的全息離子束刻蝕方法制作出衍射效率過(guò)低的曲面光柵，根本達(dá)不到使用要求。分段刻蝕法存在邊界槽形誤差，槽形曲面并不連續(xù)。因?yàn)樵跀[動(dòng)刻蝕過(guò)程中，離子束相對(duì)于凸面光柵的子午方向的任意位置，其入射角都相等且轟擊接觸的時(shí)間也都相等，所以光柵的表面子午方向上每一位置的閃耀角都一致；而又當(dāng)離子束掠射角很?。ú怀^(guò)8°）時(shí)，光柵表面弧矢方向的閃耀角變化幅度原本就非常小，這對(duì)使用光譜內(nèi)的衍射效率基本無(wú)影響。也就是說(shuō)，擺動(dòng)刻蝕能夠克服傳統(tǒng)刻蝕方法所帶來(lái)的上述問(wèn)題。

3 結(jié) 論

獲取高性能高分辨率成像光譜儀的重要方式是制備出衍射效率很高的凸面閃耀光柵，因?yàn)橄啾容^于傳統(tǒng)的成像光譜儀，在用凸面閃耀光柵作重要分光器件之后，其成像光譜儀擁有高成像質(zhì)量，沒(méi)有梯形畸變，沒(méi)有譜線彎曲，光譜響應(yīng)函數(shù)一致均勻，結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在航天遙感軍事農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域有著非常廣闊的應(yīng)用前景。通過(guò)分析各種凸面光柵的制備方法（機(jī)械刻劃法、電子束直寫法、X射線光刻法、全息離子束刻蝕法）的優(yōu)缺點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)通過(guò)全息離子束刻蝕方法制作的凸面閃耀光柵有著不受曲面形狀限制，雜散光低，信噪比高，完全沒(méi)有鬼線，制造周期短等優(yōu)點(diǎn)，在凸面光柵制作界獲得普遍應(yīng)用。但若使用傳統(tǒng)的離子束刻蝕設(shè)備刻蝕凸面閃耀光柵時(shí)由于凸面幾何形狀（曲面基底曲率的影響）的限制，造成所得光柵閃耀槽形閃耀角不一致，反閃耀角不高的缺點(diǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致凸面光柵的衍射效率降低。針對(duì)上述問(wèn)題，各類研究機(jī)構(gòu)與高校提出了擺動(dòng)刻蝕工藝，克服了子午方向上的閃耀角不一致的現(xiàn)象，研制出了閃耀角低的光柵，大幅度提高凸面閃耀光柵衍射效率。對(duì)于全息離子束擺動(dòng)刻蝕凸面閃耀光柵，擺動(dòng)速度過(guò)大或過(guò)小雖會(huì)影響工作臺(tái)穩(wěn)定性與電機(jī)運(yùn)動(dòng)精度，但在合適的范圍內(nèi)擺動(dòng)速度對(duì)刻蝕時(shí)間與槽形演化并沒(méi)有影響；對(duì)于束縫寬度，當(dāng)束縫寬度小于臨界寬度時(shí)，束縫寬度越大，總刻蝕時(shí)間會(huì)縮短，進(jìn)而提高工作效率，束縫寬度不影響最終的光柵槽形輪廓。當(dāng)束縫寬度大于臨界寬度時(shí)，刻蝕結(jié)束后槽形的閃耀角會(huì)增大，槽形輪廓頂部會(huì)出現(xiàn)平臺(tái)，衍射效率會(huì)因閃耀角增大發(fā)生明顯的降低，且束縫寬度越大，衍射效率越低，即過(guò)寬的束縫引起的閃耀角增大和槽形變差嚴(yán)重影響光柵的衍射效率。綜合考慮刻蝕均勻性、穩(wěn)定性與工作效率，在離子束擺動(dòng)刻蝕凸面閃耀光柵時(shí)應(yīng)選取適中的擺動(dòng)速度和稍小于臨界值的束縫寬度為宜?，F(xiàn)階段通過(guò)直接的刻蝕得到小閃耀角的凸面光柵其閃耀角與理論計(jì)算值還有一定的差距，其實(shí)驗(yàn)步驟、制作工藝是否可以得到進(jìn)一步完善改進(jìn)還需更深層次研究。

4 展 望