автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Исследование кинетики процессов круговой лазерной записи в пленках хрома при изготовлении дифракционных оптических элементов и контроль их эффективности

На правах рукописи

НИКИТИН Владислав Геннадьевич

ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ПРОЦЕССОВ КРУГОВОЙ ЛАЗЕРНОЙ

ЗАПИСИ В ПЛЁНКАХ ХРОМА ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ДИФРАКЦИОННЫХ ОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ И КОНТРОЛЬ ИХ

ЭФФЕКТИВНОСТИ

Специальность

05 11 07 - Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск - 2007

003065949

Работа выполнена в Конструкторско-технологическом институте научного приборостроения Сибирского Отделения РАН Научный руководитель доктор технических наук

Кирьянов Валерий Павлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Соболев Виктор Сергеевич доктор физико-математических наук Бойко Виктор Михайлович

Ведущая организация Сибирская государственная геодезическая

академия, г Новосибирск

Защита состоится. "16" октября 2007 г в 16.00 час. на заседании диссертационного совета Д 212 173 08 в Новосибирском Государственном Техническом Университете Адрес- г Новосибирск, проспект Карла Маркса, 20

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского Государственного Технического Университета

Автореферат разослан сентября 2007 г

Ученый секретарь

диссертационного совета, к т н , доценг

Полубинский В Л

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время прогресс во многих областях науки и техники связывается с использованием оптических элементов, которые представляют собой пластины с нанесенным на их поверхности микрорисунком Это дифракционные оптические элементы (ДОЭ), различного вида шкалы (угловые и линейные), фотошаблоны и т д

Применение ДОЭ открывает новые возможности по преобразованию оптического излучения Использование ДОЭ в светотехнических устройствах (например, автомобильных фарах и других осветительных приборах) позволило существенно уменьшить их размеры и улучшить функциональные параметры (диаграмма направленности излучения и т д) Главным достоинством применения ДОЭ является уменьшение числа оптических компонент, так как для необходимого преобразования волнового фронта вместо совокупности элементов классической оптики возможно использовать один дифракционный элемент Кроме того, применение ДОЭ позволяет создавать заданное изображение объекта с высокой точностью Данную возможность целесообразно использовать для бесконтактного прецизионного контроля геометрических параметров изделий

Все более широкое использование ДОЭ стимулирует развитие методов их изготовления, в частности, круговой лазерной записи, которая имеет ряд преимуществ при изготовлении ДОЭ и фотошаблонов для их производства Основным достоинством кругового сканирования является высокая производительность, так как по одной из координат реализуется непрерывное движение, в результате чего линейная скорость перемещения записывающего пучка может достигать десятков метров в секунду Несмотря на то, что вблизи центра вращения носителя с фоточувствительным материалом скорость записи снижается практически до нулевой, средняя скорость сканирования остается весьма высокой Также при использовании данного метода возможно более точное (по сравнению с записью в декартовой системе координат) изготовление аксиально-симметричных элементов, требуемых во многих областях оптики В настоящее время круговые лазерные записывающие системы (КЛЗС) применяются как для изготовления ДОЭ и фотошаблонов для их изготовления методами фотолитографии, так и для синтеза прецизионных шкал, лимбов, растров и т д

Значительный вклад в развитие технологий изготовления ДОЭ с использованием методов круговой лазерной записи сделан в Лаборатории лазерных технологий Института автоматики и электрометрии СО РАН Этим научно-техническим коллективом были разработаны и развиты такие технологии, как растровая термохимическая запись в пленках хрома (Коронкевич, Полещук, Чурин), изготовление ДОЭ на основе материалов с управляемым коэффициентом поглощения (Корольков), фоторастровый метод получения фазового микрорельефа (Полещук) и т.д На основе этих методов в лаборатории изготовлены уникальные ДОЭ для проверки зеркал больших телескопов, высокоэффективные ДОЭ с пилообразным профилем и т д В ходе отработки технологий изготовления ДОЭ были исследованы различные аспекты взаимодействия сфокуси-

и

рованного лазерного излучения с различными материалами (пленки аморфного кремния, пленки хрома на стеклянных подложках, ЫЖ - стекла и т д )

Современные требования к параметрам изделий микромеханики, дифракционной оптики, шкал, фотошаблонов и тд становятся все более жесткими Дня качественного изготовления таких элементов необходимо высокоточное (с погрешностью не более 1 мкм в диапазоне до метра) нанесение изображений, в т ч методом круговой лазерной термохимической записи Ввиду отмеченного выше большого диапазона изменения линейной скорости фоточувствительных слоев, характерного для режима кругового сканирования с постоянной угловой скоростью, возникают искажения в топологии рисунка, связанные с динамикой термохимических процессов (прогрева системы пленка-подложка, поверхностного окисления и кристаллизации плёнки) Особенно существенной для понимания механизмов возникновения погрешностей является форма следа, получаемого в системе «пленка хрома на стеклянной подложке» после лазерной записи и жидкостного травления при разных скоростях сканирования Также важны пространственные параметры оставшейся после травления пленки Поскольку наклоны поверхности следа на краях получаемой структуры приведут к дополнительному рассеянию при отражении света и, следовательно, ухудшению характеристик приборов, исследование ЗБ-топологии микроструктур также является актуальной задачей

Разработка надежной методики коррекции технологических погрешностей для изготовления элементов с помощью круговой лазерной записи позволит оперативно получать элементы в соответствии с современными требованиями (угловая погрешность - не хуже единиц угловых секунд, линейная -лучше одной десятой размера записывающего пятна) Таким образом, станет возможным достижение предельных характеристик элементов, получаемых с использованием КЛЗС

Одним из важнейших параметров ДОЭ для большинства приложений является их эффективность- отношение световой энергии в полезном изображении к полной световой энергии, попадающей на элемент Развитие технологий и все более широкое использование ДОЭ требуют измерения данного параметра у полученных в результате изготовления элементов Поэтому разработка методов изготовления высококачественных ДОЭ и создание методов контроля полученных элементов являются необходимыми компонентами развития современной оптики Одним из наиболее востребованных элементов технологической цепочки является выходной контроль дифракционной эффективности (ДЭ)ДОЭ

Цель и задачи диссертации. Целью настоящей работы является исследование кинетики процесса записи скрытых изображений в пленках хрома в широком диапазоне скоростей сканирования для разработки алгоритмов компенсации искажений в топологии ДОЭ, круговых шкал, фотошаблонов и т.д, обусловленных динамикой тепловых процессов в пленках хрома, создание методики измерения эффективности широкого класса ДОЭ и оценки искажений фазового профиля Достижение указанных целей потребовало решения следующих задач

• расчет динамики прогрева сфокусированным лазерным пучком системы пленка хрома - кварцевая подложка в большом диапазоне скоростей сканирования;

• анализ результатов расчета температурного поля и сравнение с экспериментальными результатами;

• разработка и экспериментальная апробация методики коррекции возникающих технологических погрешностей,

• экспериментальная проработка сканирующей методики измерения дифракционной эффективности ДОЭ для широкого класса задач,

• выработка методик оценки распределения искажений фазового профиля по площади ДОЭ

Научная новизна:

• впервые проведены исследования кинетики образования термохимического следа при лазерной записи в пленках хрома на кварцевых подложках в широком диапазоне линейных скоростей сканирования, характерном для КЛЗС

• рассмотрена кинетика прогрева плёнки хрома на кварцевой подложке при включении пучка в процессе движения для случаев с зависящими и независящими от температуры теплофизическими параметрами плёнки и подложки,

• показано различие формы (асимметрия) температурного следа при включении и выключении записывающего пучка на основе анализа кинетики прогрева лазерным пучком системы плёнка-подложка в широком диапазоне скоростей сканирования,

• показано, что тестовые структуры, применяемые для выбора мощности, должны иметь размеры, соизмеримые с формируемыми, если последние имеют длину, меньшую чем расстояние, при прохождении которого устанавливается стационарное температурное поле в области обработки;

• разработаны и внедрены методы коррекции погрешностей топологии, которые возникают при записи изображений в пленках хрома, учитывающие особенности динамики термохимических процессов,

• предложена и экспериментально исследована методика измерения эффективности путем сканирования световым пучком ограниченной апертуры для большого класса дифракционных оптических элементов, втч широкоапертурных,

• экспериментально продемонстрировано, что для предложенной методики сканирования при измерении эффективности ДОЭ существует возможность выявлять ряд локальных искажений фазового профиля ДОЭ, снижающих дифракционную эффективность

Практическая значимость работы. Результаты исследований кинетики механизма образования следа в процессе термохимической лазерной записи используются для повышения точности изготовляемых при производстве с ис-

пользованием КЛЗС типа CLWS-300C прецизионных шкал, лимбов и других изделий в КТИ НП СО РАН и на Уральском оптико-механическом заводе

На основе результатов исследований сканирующего метода измерения дифракционной эффективности разработана система, позволяющая измерять энергетическую и дифракционную эффективность широкого класса ДОЭ Система поставлена в рамках выполнения международного контракта в Институт физики Академии космических технологий КНР

Личный вклад. Личный вклад автора состоит в решении задач анализа температурного поля при лазерной записи в плёнках хрома на стеклянных подложках в широком диапазоне скоростей сканирования; постановке и осуществлении экспериментов с использованием КЛЗС по исследованию кинетики процессов термохимической лазерной записи; разработке и экспериментальной проверке метода повышения точности структур, синтезируемых в пленках хрома с использованием термохимической лазерной записи на КЛЗС Автором выполнена научная проработка методики измерения энергетической и дифракционной эффективности ДОЭ сканирующим методом; разработаны методы, алгоритмы и программное обеспечение; исследованы дополнительные возможности выявления причин, снижающих эффективность дифракционных опшческих элементов.

На защиту выносятся:

1 Разработанные методы анализа формирования границ термохимического следа при лазерной записи в пленках хрома на кварцевых подложках для широкого диапазона линейных скоростей сканирования

2 Новый способ коррекции тангенциальной технологической ошибки, который позволяет уменьшить погрешность углоизмерительных структур до единиц угловых секунд, что превышает уровень ведущих мировых производителей аналогичных изделий.

3 Метод измерения эффективности ДОЭ с использованием сканирования световым пучком ограниченной апертуры, позволяющий аттестовать данный параметр для широкого класса элементов, в т.ч. широкоапертурных

4 Новый способ оценки с приемлемой для практики точностью искажений топологии ДОЭ (максимальной глубины фазового профиля и величины обратного ската дифракционных зон) с использованием дополнительного сканирования по спектру излучения.

Апробация результатов работы. Основные результаты сделанных работ были доложены автором на конференциях Workshop on Laser Physics and Photonics, 1999, Saratov, Russia, Conference on Laser Optics for Young Scientists, 2000, Saint-Petersburg, Russia, 3rd International Conference on Measurement, 2001, Bratislava, Slovakia; 7ft International Symposium on Laser Metrology Applied to Science, Industry, and Everyday Life, 2003, Novosibirsk, Russia, Diffractive Optics 2003 Conference, 2003, Oxford, Great Britain, International Symposium on Photonics in Measurement, 23/24 June 2004, Frankfurt, Germany, научный семинар в Институте Технической Оптики, Штутгартский Университет, июнь, 2004, Штутгарт, Германия

Публикации. С участием автора опубликовано 20 печатных работ, из них 19 - по теме диссертации, в том числе 4 научные статьи - вошедшие в перечень изданий, рекомендованных ВАК, 14 - в сборниках трудов международных конференций, а также получен патент РФ

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав,, заключения и приложения. Объём работы составляет 122 страницы основного текста, включая 53 рисунка и 2 таблицы Список литературы содержит 69 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении отражены важнейшие аспекты применимости ДОЭ и показана необходимость дальнейшего развития технологий их изготовления Также определены цели работы, показана ее актуальность, научная значимость и практическая ценность. Определен личный вклад автора, приведены основные положения, представлена апробация и сделан краткий обзор работы

В первой главе сделан анализ различных лазерных технологий, применяемых при изготовлении микроструктур на оптических поверхностях. Преимущественно описаны технологии с применением кругового сканирования сфокусированным лазерным пучком Рассмотрены базовые методы получения фазового микрорельефа, такие как метод прямой лазерной записи, метод прямой лазерной записи скрытых изображений с последующим жидкостным травлением, фотолитографические технологии с применением полутоновых фотошаблонов (ПШ), набора бинарных фотошаблонов, одного бинарного растриро-ванного фотошаблона Показано, что измерение эффективности изготовленных ДОЭ является актуальной задачей

Описана технология круговой лазерной записи, применяемая для изготовления ДОЭ и фотошаблонов для их производства фотолитографическими методами Основное внимание уделено термохимической лазерной записи в пленках хрома на стеклянных подложках. Отмечается, что процесс имеет явно выраженный тепловой пороговый характер (Вейко) При этом форма термохимического следа, как показано в работах для импульсной лазерной обработки неподвижных образцов, крайне слабо отличается от сформированного температурного поля Данная технология применяется для изготовления амплитудных отражающих и пропускающих ДОЭ, фотошаблонов для их производства, прецизионных шкал, лимбов, и т.д Показано, что исследование кинетики тепловых процессов, происходящих в пленках хрома при записи на КЛЗС является актуальной задачей

Рассмотрены методы контроля качества изготовленных ДОЭ. Показано, что разработка методик и систем выходного контроля эффективности широкого класса изготовленных ДОЭ также является актуальной задачей.

Во второй главе проведён анализ кинетики прогрева тонкой плёнки хрома на стеклянной подложке при круговой лазерной термохимической записи рассмотрена динамика прогрева системы «плёнка-подложка» движущимся сфокусированным лазерным пучком для широкого диапазона скоростей сканирования и сделан анализ погрешностей, вызванных особенностями тепловых процессов

Необходимой составляющей данного исследования является расчет распределения температуры в процессе включения лазерного записывающего пучка Численно была решена система уравнений теплопроводности для данной задачи с соответствующими граничными условиями. Расчеты проведены как для линейной модели (теплофизические параметры пленки и подложки не зависят от температуры), так и для нелинейной модели (параметры зависят от температуры)

Было промоделировано нанесение штриха длиной 5 мкм при разных радиусах записи (другими словами, при разных скоростях сканирования v) Проанализирован более подробно случай записи на радиусе Я = 50 мм при скорости вращения 10 оборотов в секунду (линейная скорость сканирования v = 3,14 м/сек) и мощности записывающего пучка Р = 50 мВт Сравнение линейного и нелинейного случаев выполнено для максимально достигнутых температур в сечении, перпендикулярном движению пучка направлении в момент выключения пучка (рис. 1). Различие достигаемых температур вблизи центра пучка составляет около 200°К Это различие уменьшается к краям пучка и становится практически незаметным на расстоянии 0,7 мкм от центра пучка Вертикальными линиями показана ширина экспериментального следа - около 1 мкм Отмечено, что вблизи этих линий различие температуры для линейного и нелинейного случаев составляет не более 3% Таким образом, показано, что учет зависимости теплофизических параметров хрома и кварца при расчете распределения температуры в данном случае слабо влияет на ширину температурного следа

1600 1400

Я

Й1200

ы

а 1000

I 800 £

И 600

400

Радиальная координата, мкм

Рис 1 Распределение максимально достигнутой температуры в поперечном движению записывающего пучка направлении Кривая 1 - линейная модель, кривая 2 — нелинейная модель

-1 0123456

Тангенциальная координата, мкм

Рис 2 Распределение максимально достигнутой температуры по координате быстрого сканирования вдоль центра пучка Кривая 1 - линейная модель, кривая 2—нелинейная модель Стрелкой показано направление движения пучка

Рассмотрен вопрос запаздывания температурного следа в процессе включения записывающего пучка для данного случая Приведено распределение максимально достигнутой температуры вдоль центра пучка по направлению

сканирования (рис 2). Вертикальными линиями обозначены координаты включения и выключения пучка Отмечено, что температура 1150 - 1200°К (соответствующая ширине температурного следа в 1 мкм) достигается в точке, отстоящей на несколько десятых долей микрона от места включения пучка. В то время как для выключения этот уровень отстоит от точки включения примерно на 0,5 мкм по направлению движения. Таким образом, угловая погрешность

(вдоль тангенциальной координаты) возникает ввиду смещения начала и конца температурного следа. Из анализа графиков на (рис 2) следует, что прогрев плёнки на стеклянной подложке занимает достаточно длительное время. За это время записывающий пучок успевает сместиться на расстояние, равное нескольким диаметрам лазерного пятна Поэтому для получения качественного следа термохимического взаимодействия

процедуру выбора мощности записывающего пучка (тестирование) необходимо проводить отдельно для структур, имеющих небольшой тангенциальный размер (порядка нескольких микрон) и для круговых структур (колец)

Приведены изолинии максимально достигнутой температуры для линейного и нелинейного случаев (рис. За и 36) Выделен контур шириной примерно 1 мкм, который соответствует ширине получаемого экспериментально следа Отмечено, что отличие между этими линиями для рисунков За и 36 довольно незначительно. Выделенный штрих начинается на расстоянии в доли микрона от точки включения в направлении движения. В то время как другой конец штриха (где происходит выключение) выступает за пределы координаты выключения на 0,5 мкм Приведено изображение штриха (рис.Зв), полученное на сканирующем зондовом микроскопе На рис. Зв белым цветом обозначена область, имеющая высоту над поверхностью подложки более 80нм Отмечено, что передний и задний фронты штриха имеют несколько отличающуюся форму и качественно форма следа совпадает с контурами на рис За и 36 Обращено внимание на крупнодисперсные образования с линейным размером порядка нескольких десятков-сотен нанометров. Данные образования могут возникать как вследствие химических реакций на поверхности плёнок хрома в процессе жидкостного травления, так и отражать внутреннюю структуру пленки

"•1 0 1 2 3 4 5 6

Тангенциалмши координата, мкм i«J

0 1 2 3 4 5 МКМ

Рис 3 Изолинии температуры на поверхности пленки в процессе записи штриха длиной 5 мкм для радиуса записи 50 мм Линейный случай (а) Нелинейный случай (б) Кривые соответствуют температурам 1200", 11501100", 1050°, 1000", 700 ",600 o, 500° К Экспериментально полученное изображение штриха с проектируемой длиной 5 мкм (в)

R = ISO mm

Поскольку зависимость теплофизических параметров материалов от температуры довольно слабо влияет на размеры температурного следа, то в целях экономии времени и вычислительных ресурсов предложено в дальнейшем рассматривать только линейную модель прогрева плёнки хрома на стеклянной подложке в процессе экспонирования движущимся лазерным пучком Приведены изолинии максимально достигнутой температуры на поверхности пленки в процессе записи штриха длиной 1 = 5 мкм для разных скоростей сканирования (рис 4). Время воздействия лазерного пучка в процессе нанесения штриха составляет т = 1/v, где v = 2tcvR (R - радиус записи, v - частота вращения, равная 10-ти оборотам в секунду). Скорость сканирования соответствует различным радиусам записи (R = 20, 30, 50, 100, 150 мм). Пучок движется относительно пленки в направлении оси X Стрелкой показано направление движения. Координаты включения и выключения пучка х0 и Xi обозначены толстыми линиями Температуры для контурных линий выбраны 1410°, 1300°, 1200°, 1100°,

_1000°, 800°, 500° К Процесс

разогрева системы пленка-подложка отображается уширением области внутри контурных линий (рис. 4). Особенно хорошо это

прослеживается у крайней изолинии равной температуры, соот-R = 100 mm ветствующей Т = 500° К Видно, что для R = 150 мм область, прогретая до 500° К почти вся находится внутри области рисунка размером 4 х 7 мкм С уменьшением радиуса лазерной записи (соответственно, скорости сканирования), данная область расширяется И, при радиусе R = 20 мм, хорошо видно, что данная кривая почти вся лежит за пределами рисунка При выключении же пучка область прогрева выступает за точку выключения пучка на величину, равную половине ширины температурного следа для всех кривых и для всех радиусов Из сравнения всех контуров на рис. 4 делается вывод о том, что линии равной максимально достигнутой температуры вблизи оси пучка (у=0) слабо отличаются для разных скоростей сканирования

2 I

0 -1 -2

1

0 -1 -2

1

0 -1 -2

1

0 -X -2

1 О -1 -2

X

R >= 50 mm

R = 30 mm

R о 20 mm

-1 0 123456 Тангенциальная координата, косм

Рис 4 Изолинии максимально достигнутой температуры на поверхности пленки в процессе записи штриха длиной 5 мкм для разных радиусов записи Кривые соответствуют температурам 1410° 1300", 1200°, 1100° 1000", 800°, 500"К

Нячало следа

Коне у_с леда

Рис. 5. Разрывы в кольцевых структурах на стыке начшш и конца обороти при записи в плёнках хрома на KJI3C. Стрелкой показано направление движения записывающего пучка

Ц третьей главе приведены экспериментальные результаты

исследования структуры изображений штрихов, получаемых с

использованием термохимической лазерной записи на круговых лазерных генераторах изображений типа (ХУ/^ЗООС. Рассмотрены искажения топологии элементов, возникающие вследствие

особенностей формообразования термохимического следа. Топологические погрешности возникают вследствие задержки появления следа взаимодействия излучения с материалом плёнки относительно координаты включения лазерного пучка в процессе сканирования.

Данный дефект проявляется в виде разрыва размером до единиц микрон непрерывного кольца в точке начала оборота, где происходит выключение лазерного

пучка для записанного трека __с--

и включение для последующего со смещением по радиусу. На рис. 5 показан разрыв в кольцевых зонах, возникающих при таком режиме записи. Скорость сканирования составляет около 1 м/сек, а размер записывающего лазерного пятна - ! мкм по уровню е"2. Этот дефект сохраняется при записи любого изображения и заметно влияет на точность формирования структур. Величина данного дефекта зависит от выбранной величины интенсивности света и уровня начала термохимических изменений в плёнке хрома. Изображение на рнс. 5 получено с помощью микроскопа МИИ-4, работающего на отражение, поэтому след

L0>uu

х2 X, х0 Юцш

а) 6}

Рис. 6. Микрофотографии тестов в виде дуплетов из коротких дуг, а) записи на радиусе 63 мм, б) записи на радиусе 1 мм. и/ и щ - сигналы управления включения записывающего пучка. Стрелками обозначено направление движения лазерного пучка относительно плёнки.

хрома имеет белый цвет

Для исследования механизмов возникновения задержки следа при включении лазерного сканирующего пучка были записаны специальные тестовые структуры На рис 6 показаны тестовые изображения (тесты), которые представляют собой дуплеты из двух серий коротких дуг, записанных в тангенциальном направлении Линейные размеры дуг равны 10 мкм, период следования составляет 20 мкм. Тесты записаны в пленках хрома толщиной 80 - 100 нм при скорости вращения 10 оборотов в секунду на радиусах 63 мм (рис 6, а) и 1 мм (рис 6, б) при различных уровнях мощности записывающего пучка В каждом дуплете дуги второй серии записаны со сдвигом в тангенциальном направлении на величину 10 мкм относительно дуг первой серии Также дуплеты второй серии были сдвинуты в радиальном направлении относительно дуг первой серии на 1 мкм Мощность лазерного пучка для каждого дуплета изменялась от максимально допустимой, при которой в центре следа взаимодействия поверхность повреждается, до минимальной, когда после селективного травления перестаёт наблюдаться след взаимодействия. Микроизображение получено на пропускание, поэтому штрихи в данном случае имеют более темный цвет, чем стекло

Особенностью дуг, записанных вблизи радиуса 63 мм (рис 6а), является явно заметная асимметрия для серии, записанной с мощностью, близкой к той, на которой следовало бы проводить запись структур (вторая и третья снизу серии) Асимметрия нанесенных штрихов проиллюстрирована прямыми 1 (проведенной по направлению движения лазерного пучка), прямой 2 (проведенной по концам дуг одной из серий) и прямой 3 (проведенной по началам дуг другой серии) Видно, что прямые 1 и 2 взаимно перпендикулярны. В то время, как прямая 3 составляет некоторый угол с прямой 2, тогда как тангенциальные координаты включения и выключения пучка совпадают Этим показана асимметрия начала и конца штрихов, соответствующих включению и выключению записывающего пучка в процессе сканирования Результатом действия данного эффекта будет смещение границы начала каждого элементарного примитива изображения (в случае записи на КЛЗС - дуги) на величину разрыва в области нулевого положения углового датчика КЛЗС, что, например, в случае многоразрядных угловых датчиков может достигать нескольких десятков угловых секунд.

Также было проведено сравнение температурного поля с экспериментально полученными тестовыми структурами Показано, что в отраженном свете экспериментальные изображения короче по сравнению с картиной в проходящем свете (рис 7) Запись структур на рис 7 производилась в два приема Сначала были нанесены квадраты в шахматном порядке размером 10x10 мкм Расстояние между данными структурами составило также 10 мкм как в радиальном, так и в тангенциальном направлении На рис 7 они обозначены цифрой 1 Затем (во время следующего прохода) были нанесены два типа штрихов одни имели радиальный размер (перпендикулярно направлению движения) 14 мкм, тангенциальный (как и первая серия - 10 мкм) (обозначены цифрой 2) Спроектированы они таким образом, что в области углов прямоугольников первой и второй серии имеется перекрытие размером 2

мкм. И второй тип штрихов представляет собой отрезки длиной 10 мкм в тангенциальном направлении с периодом I мкм. На рисунке они расположены ниже, чем предыдущий тип штрихов. Тангенциальные координаты начала записи квадратов первой серии совпадают с тангенциальными координатами финиша записи структур второй серии. Аналогично угловая координата

а) б) в)

Рис. ?. Тестовые структуры, записанные в плёнке хрома. Стрелкой обозначено направление сканирования лазерного пучка, а) - проектируемые штрихи первой и второй серии, 6) — изображение экспериментально полученных штрихов в отражённом свете; в) - изображение в проходящем свете. Стрелкой обозначено направление быстрого сканирования сфокусированным лазерным пучком.

окончания нанесения квадратов совпадала с угловой координатой старта записи структур второй серии. С помощью измерений 315 топологии структур с использованием сканирующей зондовой микроскопии выяснено, что при отражении свет рассеивается на частях поверхности полученной структуры, непараллельных поверхности плёнки. Появление уклонов в районе начала штриха связано с инертностью прогрева системы плёнка-подложка (рис. 2).

Также а данной главе приведены результаты экспериментальной апробации методики повышения точности получаемых элементов (это могут быть

ДОЭ, фотошаблоны для изготовления ДОЭ, прецизионные лимбы, маски, шкалы, и т. д.) за счёт введения дополнительной угловой коррекции, зависящей от текущего радиуса записи.

Поскольку термохимические изменения в материале сильно зависят от способа и параметров напыления плёнки хрома на кварцевую подложку, то величину коррекции необходимо опре-Рис. 8. Изображение штрихов, яелять экспериментально. Методика коррекции записанных на радиусе 25 мм, заключается во введении угловой поправки при для которых внесена угловая записи по результатам измерения размера разры-коррекция ва изображения в области нулевого положения

датчика «угол-код» на тестовых записях (рис. 5). Угловой размер данной величины, линейный размер симметричной коррекции

(тангенциальный размер пятйа) и промежуток радиусов, где необходимо учитывать данную величину, вводятся в протрамму, которая управляет КЛЗС В процессе записи программа увеличивает длину каждой элементарной дуги на величину угловой поправки в тангенциальном направлении ло направлению движения пучка Таким образом, угловая ошибка в формировании изображения оказывается скорректированной.

Данная методика была проверена в процессе записи на КЛЗС Запись также проводилась в два приёма. Сначала были нанесены штрихи длиной 20 мкм и шириной 12 мкм в шахматном порядке (на рис 8 обозначены цифрами «1», «2», «3»). Затем были нанесены штрихи размеров 20x10 мкм в промежутках между углами штрихов первой серии («4» и «5») Для обеих серий штрихов была введена коррекция Радиус записи данных структур составляет 25 мм Видно, что асимметрия начала и конца следа скорректирована и передний фронт штрихов первой серии совпадет с задним фронтом штрихов второй серии Качество совпадения иллюстрируется прямой линией в радиальном направлении

Введение этой коррекции позволило скомпенсировать эффекты задержки начала следа относительно момента включения записывающего пучка. Данная методика угловой коррекции была внедрена на Уральском оптико-механическом заводе Применение ее позволило уменьшить погрешность выполняемых на КЛЗС фотошаблонов многоразрядных угловых шкал и лимбов до единиц угловых секунд Но особенно эффективно её использование при синтезе многоразрядных кодовых дисков, для которых особенно важно совпадение передних и задних фронтов штрихов, относящихся к разным радиусам Также коррекцию искажений, возникающих за счет инертности прогрева плёнки на стеклянной подложке, необходимо вводить и при изготовлении неосесиммет-ричных ДОЭ

В четвёртой главе представлены результаты исследования сканирующей методики измерения дифракционной эффективности дифракционных оптических элементов. Методика измерений основана на разбиении рабочей поверхности ДОЭ на N локальных площадок - б. Размеры данных площадок определяются размерами светового пучка, который последовательно сканирует поверхность контролируемого элемента. При освещении локального элементарного участка ДОЭ происходит дифракция на микроструктуре ДОЭ, которая по своим свойствам очень близка к дифракционной решётке. Интенсивность света в нужном (нужных) порядках дифракции ^ измеряется при помощи фотоприемной системы При использовании фотоприемника паразитные порядки возможно о!сечь с помощью диафрагмы, роль которой может выполнять апергура фотоприёмника В случае использования ГОС-матрицы или ином способе измерения дифракционной картины процесс определения интенсивности в нужном порядке дифракции происходит во время обработки изображения Полученная интенсивность в нужном (нужных) порядке дифракции нормируется в процессе вычислений на текущее значение интенсивности падающего света 1о и пропускание подложки Тдоэ- В результате нормировки получают

//( - /(Тдоэ 1ц)

- значение ДЭ в данной локально измеренной площадке ДОЭ Величина Тд0э1о равна интенсивности света, прошедшего через элемент Результаты всех локальных измерений суммируются и усредняются по общему числу измерений.

1 N

N 1

Полученная величина г| соответствует ДЭ всего элемента. Хотя в самом общем случае она может отличаться от реальной ДЭ, если в ДОЭ имеются искажения геометрии дифракционных зон. Однако в современных технологических комплексах, формирующих топологию ДОЭ, ошибка формирования топологии минимизирована.

На основе данного метода была создана установка для измерения ДЭ. Структурная схема установки показана на рис. 9 Схема установки имеет два канала измерений Основной канал предназначен для измерения ДОЭ методом сканирования, второй канал создан для измерения эффективности дифракционных линз малого диаметра (до 48 мм)

В состав основного канала входят, осветитель 1, автоматизированный монохроматор 2, коллиматор За блока коллиматоров 3; двухкоординатный стол 4, оптико-механический блок быстрого сканирования 5; сменные фотоприемники основного и калибровочного каналов 6 и 7, соответственно, полупрозрачное зеркало 8 и зеркальный блок переключения каналов 9

В качестве осветителя 1, обеспечивающего спектральный диапазон (450 -2200) нм, используется галогенная лампа с оптической схемой для переключения режимов работы Коллиматор За, входящий в состав блока коллиматоров 3, формирует на рабочей поверхности ДОЭ световой пучок квадратного сечения, размером 1x1 мм2 Контролируемый элемент 10 располагается на двухкоорди-

Рис 9 Функциональная схема установки для измерения дифракционной эффективности ДОЭ 1 - источник излучения, 2 - автоматизированный монохроматор, 3 -коллиматорный блок, За - коллиматор для сканирующего канала, 36 - коллиматор интегрального канала, 4 - двухкоординатный стол, 5 - оптико-механический блок быстрого сканирования, 5а, 5в - объективы, 56—лимб Нипкова, 5 г - фотоприёмник, 5д~ датчик угол-код, 6- фотоприемник основного измерительного канала, 7-фотоприемник калибровочного канала, 8 - полупрозрачное зеркало, 9 -зеркальный блок переключения каналов, 10 - контролируемый ДОЭ

натном столе 4, с помощью которого по сигналам от управляющего компьютера обеспечивается последовательное сканирование рабочей поверхности ДОЭ упомянутым выше световым пучком При взаимодействии с рабочей поверхностью ДОЭ падающий луч дифрагирует на фазовом рельефе площадки, осве-щённой в данный момент. Пространственный спектр порядков дифракции анализируется с помощью оптико-механического блока быстрого сканирования 5, состоящего из двух объективов 5а и 5в, диска Нипкова 56, фотоприёмника 5г, преобразователя «угол-код» 5д, закреплённого на валу диска Нипкова, и аналого-цифрового преобразователя 5е. Аналоговый сигнал на выходе фотоприёмника 5г с помощью АЦП 5е преобразуется в цифровой Информация с блока 5 передается в управляющий компьютер. С помощью программного обеспечения полученный сигнал анализируется, и, на основе априорной информации о типе ДОЭ и координатах освещённой площадки, определяется интенсивность света в нужном порядке дифракции 1юм. Полученный сигнал нормируется на интенсивность света в калибровочном канале 1калибр кан с учетом коэффициентов пропускания оптического тракта Т0Пт тракт» подложки ДОЭ Тдоэ, и коэффициента отражения Кзер полупрозрачного зеркала 8 Таким образом, дифракционная эффективность

П ' 1цзм ТдоЭ ¡калибр кан Топт тракт )

Коэффициенты пропускания оптического тракта тракт ^ подложки ДОЭ Тдоэ измеряются отдельно для каждой длины волны

Чтобы обеспечить независимость результатов измерения ДЭ от изменяющихся со временем параметров осветителя 1, информацию об интенсивности падающего на ДОЭ излучения получают одновременно с информацией об интенсивности света в нужном порядке дифракции Для этого световой пучок после монохроматора 2 разделяют при помощи полупрозрачного зеркала 8 на два, из которых один направляют на фотоприемник 7. Роль полупрозрачного зеркала выполняет стеклянная пластина Выходной сигнал фотоприемника 7 оцифровывается с помощью АЦП, аналогичному 5е, и передается в управляющий компьютер Фотоприемник 7 с АЦП и зеркало 8 образуют калибровочный канал установки На основе данных об интенсивности света в зарегистрированном порядке дифракции и интенсивности падающего излучения вычисляется значение локальной ДЭ - гц, которое запоминается в памяти компьютера

Затем стол с ДОЭ смещается по одной из координат на размер сканирующего светового пучка (1 мм) и снова проводится измерение ДЭ в новой точке После того, как будут просканированы все локальные площадки ДОЭ, результаты расчётов т], суммируются и усредняются по всем измерениям

Среди контролируемых ДОЭ значительный объём занимают дифракционные линзы малого (до 48 мм) диаметра, и на основе узлов и блоков основного канала сформирован дополнительный канал, в котором измерение ДЭ проводится по традиционной схеме более оперативно Для переключения режимов измерений используется зеркальный блок переключения каналов 9, который направляет выходное излучение монохроматора 2 в дополнительный коллима-

тор 36, который формирует выходной пучок круглого сечения диаметром 48 мм. Неравномерность интенсивности но сечению пучка составляет не более 1%, Данный пучок направляется на исследуемую линзу. Дифракционная линза размещается на каретке, которая позволяет установить измеряемый элемент в центр параллельного пучка, сформированного коллиматором 36. Фогоприём-ник 6 дополнительного канала, снабжённый диафрагмой, расположен на оптической оси коллиматора 3,6 и имеет возможность перемещаться вдоль оси в диапазоне от 250 до 600 мм от плоскости ДОЭ для совмещения плоскости изображения ДОЭ с фоточувствительной площадкой фотоприёмника. В случае, когда фокусное расстояние линзы Френеля выходит за диапазон перемещения

6

фота приёмника 6, предусмотрена возможность помещать дополнительную линзу между ДОЕ и фотоприёмником 6. Выходной сигнал фотоприёмника оцифровывается и нормируются в соответствии с пропусканием оптического канала, подложки ДОЭ, пропусканием дополнительной линзы {если она вставлена) и

Рис. 10. Внешний вид установки. 1 - источник излучения; 2 — автоматизированный мо- СИГналом калибровочного кша-нохроматор; 3 - коллиматорныи блок; 4 -двухкоординатный стол; 5 — оптико- ' „

механический блок быстрого сканирования; 6 Параметры установки сле-

- фотоприёмник основного измерительного д>ющие: Диаметр измеряемых канала; 7 - фотоприёмник калибровочного элементов: от 10 до 300 мм; канала; 8 - место для крепления контроли- спектральный диапазон: от 450 руемогоДОЭ. ДО 2200 нм.

Набор дополнительных линз позволяет измерять ДЭ дифракционных линз интегральным методом с фокусным расстоянием от 140 мм до +ео. При использовании сканирующего метода угол дифракции а измеряемых элементов для созданной системы определяло ч г i l п1 т"! -m-m-r — ется разрешением сканирующей системы

и апертурой рабочих объективов и находится в пределах 0,06<а<0,6 радиан.

Внешний вид установки для измерения ДЭ синтезированных оптических элементов представлен на рис. 10.

С целью проверки работоспособно-к«**»»™,** сти методики измерения ДЭ сканирую-

Рисунок П. Зависимость ДЭ от Щим методом были проведены измерения радиуса для данной линзы Френеля. ДЭ дифракционной линзы. Измерения ДЭ D точке с координатой О измерения быт) проиедины двумя методами: инте-не проводились. тральным и сканирующим. Сканирование

проводилось вдоль диаметра и результаты измерений были численно проинтегриро-

ваны с учётом площади локальных участков, имеющих измеренную эффективность Количественные показатели полученной зависимости сравнивались с аналогичной зависимостью, полученной с использованием традиционной методики В данном случае измерялась интенсивность света в фокусе дифракционной линзы, паразитные порядки виньетировались при помощи диафрагмы на фотоприемнике.

Результаты применения обоих методик совпали с погрешностью не более 4%, что для проверки работоспособности метода сканирования можно считать вполне удовлетворительным.

Расхождение в величине ДЭ, полученной разными методами может быть объяснено тем, что ДЭ была измерена не по всей площади линзы, а по достаточно малой её части - примерно 1/15.

100

а с

г

в

1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0

х2п

-ю

-6 ,„ -2 2 6 Координата, мм

1«

Рис 13 Зависимость фазовой глубины линзы Френеля от радиуса В точке с координатой 0 измерения не проводились

0 20 40 <¡>0 80 100 Усредиёииьш размер зон, мкм

Рис 12 Зависимость ДЭ от ширины дифракционной зоны Кривая 1 построена на основе усредненных экспериментальных данных Кривая 2 - теоретически вычисленная с обратным скатом 1,7 мкм

Далее в данной главе показано, что сканирующий метод измерения ДЭ в сочетании со сканированием по спектру падающего излучения позволяет оценивать дополнительные параметры ДОЭ, такие как распределение ДЭ по площади элемента (рис 11), оценка величины обратного ската дифракционных зон (рис 12) и распределения глубины фазового профиля по площади элемента (рис. 13) Аналогичные оценки параметров фазового профиля дифракционного аксикона и сравнение с измерениями на сканирующем зондовом микроскопе продемонстрировали хорошее (в несколько процентов) совпадение результатов В заключении приведены основные результаты данной работы' 1 Промоделирована кинетика формирования температурного следа для термохимической лазерной записи в пленках хрома в широком диапазоне скоростей сканирования В результате моделирования выявлена асимметрия температурного поля и смещение температурного следа в направлении движения записывающего пучка.

2. В результате расчёта кинетики прогрева плёнки хрома на стеклянной подложке при включении записывающего пучка установлено, что при термохимической круговой лазерной записи мощность записывающего пучка для ко-

ротких (размером, которой примерно равен нескольким диаметрам записывающего пятна) и длинных дуг необходимо выбирать, исходя из тестовых записей аналогичной длины.

2 Проведено сравнение температурного поля на поверхности пленки хрома с экспериментально нанесёнными штрихами. Установлено, что изображения структур в отражённом свете могут иметь меньшую длину по сравнению с изображениями, наблюдаемыми в проходящем свете. Измерения 3D топологии сформированных структур с помощью сканирующей зондовой микроскопии показывают, что имеются области, непаралленльные поверхности подложки, на которых отраженный свет рассеивается, что необходимо учитывать при анализе и синтезе прецизионных элементов с использованием KJI3C.

3 В результате анализа температурного поля и экспериментальных данных установлено, что увеличение толщины структуры, оставшейся после травления, в направлении движения пучка происходит ввиду инертности прогрева системы пленка-подложка Показано, что асимметрию 3D формы элементарных штрихов в тангенциальном направлении необходимо принимать во внимание при изготовлении элементов с использованием круговой лазерной термохимической записи

4 Разработана методика коррекции технологических погрешностей при круговой лазерной записи в плёнках хрома, которая позволила уменьшить погрешность выполняемых на KJI3C фотошаблонов угловых шкал и лимбов до единиц угловых секунд.

5. Показано, что применение метода сканирования поверхности ДОЭ световым пучком ограниченной апертуры (много больше характерного размера одной дифракционной зоны и много меньше размера изменения характера дифракционных зон) даёт возможность производить измерение эффективности широкого класса ДОЭ Сравнение результатов измерений ДЭ, полученных на рабочей длине волны по двум различным методикам для дифракционной линзы, показало достаточно близкое их совпадение (различие не превышало 4%)

6 Создана установка, позволяющая измерять эффективность ДОЭ, угол дифракции а которых составляет от 0,06 до 0,6 радиан, размером до 300 мм как сканирующим, так и интегральным методом (для линз Френеля диаметром до 48 мм)

7. Показано, что применение дополнительного сканирования по спектру излучения позволяет оценивать с погрешностью до нескольких процентов искажения топологии ДОЭ1 максимальную глубину фазового профиля и величину обратного ската дифракционных зон ДОЭ.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1 Nikitin V. G New fabrication method for diffractive optical elements with deep phase relief. / Korolkov V.P., Koronkevich V.P., Malyshev A.I, Nikitin V. G. // Proc SPIE, 1997 ЗОЮ p.168-179 [Новый метод изготовления дифракционных оптических элементов с глубоким фазовым рельефом]

2. Никитин В.Г. Изготовление высокоэффективных ДОЭ с помощью полутоновых фотошаблонов на основе LDW - стёкол / Корольков В П, Малышев

А И, Никитин В.Г, Полещук А Г., Харисов А А, Черкашин, В В, By Ч // Компьютерная оптика, 1998, 18, с. 43-51

3 Никитин В. Г Полутоновые фотошаблоны на основе LDW-стекол / Корольков В. П , Малышев А. И., Никитин В. Г., Полещук А Г, Харисов А А, Черкашин В.В., By Ч. //Автометрия, 1998 №6. с. 27 - 37

4. NikitmV G Application of gray-scale LDW-glass masks for fabrication of high-efficiency DOEs / Korolkov V.P, Malyshev AI, Nikitin V G, Poleshchuk A G, Khanssov A A, Cherkashin V. V, Wu С // Proc of SPIE 3633, 1999 p 129138 [Применение полутоновых шаблонов на основе LDW-стекол для изготовления высокоэффективных ДОЭ]

5 Nikitm V G. Fabrication of high-efficiency diffractive optical elements with application of LDW-glass / Korolkov VP., Malyshev AI, Nikitin V G , Poleshchuk A G, Wu С // Jena'99 Diffractive Optics Abstracts of EOS Topical Meeting Digest Series, Jena, 23-25 August, 1999 - V. 22 - p. 189-190 [Изготовление высокоэффективных дифракционных оптических элементов с использованием LDW -стёкол]

6 Nikitin V G Development and research of the scanning method for testing of diffractive optical elements / Kiryanov V P, Nikitin V G, Verhoghad A G //Proceedings of the 3rd International Conference on Measurement, 2001, p 389-392 [Разработка и исследование сканирующего метода тестирования дифракционных оптических элементов]

7. Nikitin V.G. Development and research of the scanning method for testing of diffractive optical elements / Kiryanov V P., Nikitin V G, Verhoghad A G. //Proc of SPIE 4900, 2003, p 977-981 [Разработка и исследование сканирующего метода контроля дифракционных оптических элементов]

8 Никитин В.Г. Контроль прямолинейности протяженных цилиндрических отверстий / Завьялов П.С., Никитин В Г, Саметов А Р, Финогенов JIВ // Современные проблемы геодезии и оптики- Сборник материалов LIII Межд научн-техн конф, посвящ. 70-летию СГГА - 4.2. - Новосибирск Изд-во СГГА, 2003. - с. 161-164

9 Nikitm V G System for measurement of diffractive optical elements efficiency // Kiryanov V P, Nikitin V. G./ Diffractive Optics 2003 [Electronic resource] Proc of Conf, 17-19 September, 2003, Oxford, UK / European Optical Society (EOS), University of Oxford, Department of Engineering Science, Institute of Physics, London, UK. - Electronic data and program. - Oxford -1 electronic optical disc (CD-ROM) - (European Optical Society Topical Meetings Series) - Title from disc label - p 120-121. [Система для измерения эффективности дифракционных оптических элементов]

10. Nikitm V.G. DOE application for the inspection of prolonged cylindrical channels /Zavyalov P S, Nikitin V G, Sametov A R, Finogenov L V, Chugui Yu V // Diffractive Optics 2003 [Electronic resource]1 Proc. of Conf, 17-19 September, 2003, Oxford, UK / European Optical Society (EOS); University of Oxford, Department of Engineering Science, Institute of Physics, London, UK - Electronic data and program - Oxford - 1 electronic optical disc (CD-ROM) - (European Optical

Sobiety Topical Meetings Series) - Title from disc label - p 44-45 [Применение ДОЭ для контроля продолговатых цилиндрических отверстий]

11 Никитин В Г. К вопросу о механизме записи изображений в пленках хрома [Текст] / Кирьянов В П, Никитин В Г // Автометрия. - 2004 - Т. 40, № 2-е 59-68

12 Nikitin V G Determination of metrological performance technology for forming the precision angular measuring structures using laser image generators with circular scanning/ Kiryanov V P, Vedernikov V M, Kiryanov A V, Kokarev S A „ Nilatin V G // Proceedings of the 2nd International Symposium on Precision Mechanical Measurements (ISPMM'2004), August 24-28, 2004, Beijing, China / Ed by Fei Yetai, Kuang-Chao Fan, Ye Xiaoyou p 129-134 [Определение метрологических характеристик технологии формирования углоизмерительных структур с использованием лазерных генераторов изображений с круговым сканированием]

13 Никитин В Г Измерение эффективности дифракционных оптических элементов методом сканирования / Кирьянов В П, Никитин В Г // Автометрия -2004 -Т 40,№5 -с 82-93

14 Nikitin V G Development of a technique for the determination of metro-logical parameters of technological system CLWS-300/C for synthesise of high precision angular measuring structures / Bartik S A, Fnzin S E , Kiryanov V P, Kiryanov A V, Kokarev S A, Kruchmm D Yu, Nikitin V G, Yakovlev OB// AMS'04 Proc of 10th IMEKO TC7 Intern Symposium on Advances of Measurement Science, June 30-July 2, 2004, Saint-Petersburg, Russia / Ed by S V Muravyov, Intern Measur Confederation (IMEKO), Techn Committee on Measur Science -TC 7 - Vol 2 p 316-320 [Разработка технологии для определения метрологических параметров технологической системы CLWS-300/C для синтеза высокопрецизионных углоизмерительных структур]

15 Nikitin V G An Optoelectronic method for comprehensive hole inspection / Chugui Yu V, Fmogenov L V, Kinanov V.P, Nikitin V G, Sametov A R, Zavyalov P S //8th International Symposium on Measurement and Quality Control in Production, October 12th-15th, 2004, Erlangen, Germany Proceedings - Electronic data - [si sn, 2004] - 1 electronic optical disc (CD-ROM) - Title from screen - 8 p [Оптоэлектронный метод для комплексного контроля отверстий]

16 Nikitin V G Inspection of geometrical parameters of through holes by a diffractive focuser / Zavyalov P S, Fmogenov L V, Chugui Yu V, Sametov A P, Nikitm V G, Kiryanov VP// Proceedmgs of the Third International Symposium on Instrumentation Science and Technology (ISIST'2004), August 18-22, 2004, Held in Xi'an, China in 3 vol / Ed by prof Tan Jiu-bin, prof Wen Xian-fang - Harbin Harbin Institute of Technology Press, 2004 - Vol 2 -p 2-1016-2-1021 [Контроль геометрических параметров сквозных отверстий с использованием дифракционного фокусатора]

17 Nikitin V G Inspection of holes parameters usmg a ring diffractive focuser /Zavyalov P S , Fmogenov L V, Chugui Yu V, Sametov A P, Nikitm V G, Kiryanov VP //Photonics m Measurement [Proc], 23-24 June 2004, Frankfurt -Dusselldorf VDI Verlag GmbH, 2004 - p. 433-443 - (VDI-Benchte, №

1844).[Контроль параметров, отверстий, с использованием дифракционного фо-кусатора] " ... - т

18с Nikitm V G Комплексный консоль отверстий на основе дифракционного, фокусатора / Завьялов П.С., Кирьянов ВП, Никитин В Г, Саметов А Р , Финогенов Л В , Чугуй Ю В //VI Международная конференция «Прикладная оптика», 18-21 .октября 2004 Г/Санкт-Петербург Сборник трудов [В 3-х- т.] - Т 1(2), Оптическое приборостроение, - с. 4Q7-411

19. Лат № 224551,6 Российская Федерация, МПК7 G 01 В 11/30 Устройство для контроля отверстий деталей,/. Чугуй К) В, Финогенов Л В , Завьялов П С,_ Никитин В Г, Саметов АР, заявитель и патентообладатель Конструкт-технолог, ин-т научн. приборостр СО РАН - № 2003110530/28, заявл 15 04.2003 , опубл 27.01.2005, Бюл. № 3-7 с..ил

Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630092, г. Новосибирск, пр К. Маркса, 20 Тел./факс (383)346-08-57 Формат 60x84/16, объем п л , тираж 100 экз заказ подписано в печать ¿7/?. О <9.

Введение.А

Глава 1. Обзор и анализ лазерных технологий микроструктурирования поверхности.

Прямое травление микрорельефа лазерным пучком.

Облучение с последующим жидкостным травлением материала.

Запись по плёнкам фоторезистов с последующим жидкостным травлением.

Литография с использованием фотошаблонов.

Круговая лазерная запись.

Контроль качества ДОЭ.

Глава 2. Теплофизический анализ непрерывной лазерной записи скрытых изображений в плёнках хрома в широком диапазоне скоростей сканирования.

Оценки параметров теплофизических процессов при записи в плёнках хрома на КЛЗС.

Расчёт и анализ температурного поля для плёнки хрома на кварцевой подложке в процессе воздействия движущимся лазерным пучком.

Глава 3. Экспериментальное исследование структуры штрихов при термохимической лазерной записи в плёнках хрома.

Структура элементов изображений на КЛЗС (элементарных дуг).

Структура экспериментальных изображений.

Коррекция тангенциальной погрешности.

Исследование топологии поверхности плёнок хрома при записи на КЛЗС.

Глава 4. Измерение эффективности дифракционных оптических элементов.

Постановка задачи.

Обоснование сканирующего метода.

Описание установки для измерения ДЭ.

Проверка работоспособности метода сканирования для измерения ДЭ.105.

Дополнительные возможности аттестации ДОЭ методом сканирования.

Экспериментальные результаты измерений ДЭ.

Прогресс во многих современных областях науки и техники связывается с использованием оптических элементов, которые представляют собой пластины с нанесённой на их поверхности микроструктурой. Это дифракционные оптические элементы (ДОЭ) [1, 2], различные шкалы [3], фотошаблоны и т.д.

Применение ДОЭ открывает широкие возможности по преобразованию оптического излучения. Использование ДОЭ в светотехнических устройствах (автомобильных фарах, маяках и других осветительных устройствах) позволило существенно уменьшить их размеры, улучшить функциональные параметры (диаграмма направленности излучения и т.д.). Внедрение ДОЭ является весьма привлекательным для многих технических устройств и в других областях оптики, таких как интерферометрия, оптика для лазеров, оптическая обработка информации и т.д. Использование ДОЭ позволит значительно улучшить физические параметры многих оптических приборов и систем, таких как сканеры, микрообъективы, преобразователи лазерного излучения, системы оптической связи, интерферометры и т.д. [1, 2]. Улучшение характеристик приборов связано с уникальной возможностью преобразования оптического излучения, целенаправленно применяя явление дифракции. Главным достоинством применения ДОЭ является возможность использования одного ДОЭ для преобразования волнового фронта вместо совокупности элементов классической оптики.

Дисперсионное поведение у дифракционных структур противоположно дисперсионному поведению оптических материалов. Поэтому нанесение дифракционного микропрофиля на поверхность оптического элемента позволяет скорректировать хроматическую аберрацию и изготовлять ахроматические и апохроматические оптические элементы с использованием одного типа стекла или пластика [4]. Особенно это актуально для работы в инфракрасном диапазоне, так как материалы для ИК-оптики обладают высоким показателем преломления, зависящим от длины волны света. По этой причине классические рефракционные элементы для работы в инфракрасном диапазоне, как правило, имеют значительную хроматическую аберрацию. Вместе с тем ограничен выбор применяемых материалов. Использование дифракционного микропрофиля позволяет скорректировать высокий хроматизм оптики для ИК-диапазона.

Толчок развитию дифракционной оптики дало широкое внедрение малогабаритных полупроводниковых лазеров и лазерных диодов в 1990 -2000-е годы. Появилась возможность изготовления на их основе малогабаритных изделий массового спроса. Возможности дифракционной оптики позволили существенно расширить функциональность изделий на основе полупроводниковых лазеров и уменьшить габариты и вес подобных устройств. Применение ДОЭ позволяет также создавать заданное распределение интенсивности с определёнными параметрами в нужной области пространства. Использование исключительно методов классической оптики для решения данного класса задач сопряжено со значительными энергетическими потерями и увеличением числа элементов [1]. Внедрение ДОЭ позволяет как сократить число оптических компонентов в измерительных схемах, так и создать световое изображение объекта с высокой точностью [1]. В работах [5-6] описано использование ДОЭ для создания светового кольца нужного диаметра в заданной фокальной плоскости для контроля параметров цилиндрических отверстий. Чтобы расширить диапазон измерений внутренних диаметров и возможных дефектов на внутренних поверхностях отверстий деталей в работах [7-10] предложено использовать ДОЭ, которые одновременно синтезируют набор световых колец в заданных плоскостях. Для решения данной задачи методами классической оптики необходимо применить либо кольцевую диафрагму, что приведёт к значительным потерям энергии, либо конический оптический элемент, который крайне трудно изготовить с необходимой точностью.

Принято различать несколько основных типов ДОЭ. В зависимости от вида модуляции различают фазовые и амплитудные ДОЭ [1, 11]. При изготовлении амплитудных ДОЭ возможно получить высокое пространственное разрешение (до 2000 мм"1), что позволяет выполнять широкий класс преобразований волнового фронта с большими углами дифракции. Недостатком амплитудных ДОЭ является их низкая энергетическая эффективность, так как непрозрачные участки не пропускают света. Фазовые ДОЭ представляют собой оптические элементы с нанесённым на их поверхность микрорельефом. ДОЭ фазового типа преобразовывают до 100% излучения. Поэтому фазовые ДОЭ более привлекательны для практических применений ввиду более высокой эффективности и, как следствие, лучшего отношения сигнал/шум в полезном изображении.

Многие технологии изготовления ДОЭ основаны на использовании достижений и оборудования микроэлектроники [1]. Связано это с близкими характерными размерами требуемого микрорельефа. Применение сканирующих электронно-лучевых и лазерных технологий позволяет осуществлять локальное воздействие на материал, что даёт возможность наносить микрорельеф на различных поверхностях. Электронно-лучевые аппараты имеют более высокое пространственное разрешение, но данный класс аппаратов имеет высокую стоимость как изготовления, так и эксплуатации. Применение лазеров имеет существенное преимущество перед электронно-лучевыми технологиями, так как нет необходимости проводить процесс формирования топологии элементов в вакууме [1, 2, 12, 13] и нет чрезвычайно высоких требований по пространственному разрешению.

Лазерные сканирующие технологии позволяют производить как высококачественные фотошаблоны для изготовления ДОЭ методами фотолитографии, так и получать микропрофиль ДОЭ непосредственно методом прямой лазерной записи по светочувствительным материалам на оптических подложках. Сканирование поверхности лазерным пучком осуществляется в основном двумя методами: в декартовой системе координат (X-Y сканирование) и полярной системе координат (круговое сканирование). Движение записывающего инструмента относительно подложки в декартовой системе координат является более распространённым в силу технических причин, таких как, например, применение одного типа перемещения по обеим координатам. Применение X-Y сканирования позволяет получать высококачественные ДОЭ и упрощает процедуру расчёта для многих типов ДОЭ. Однако круговое сканирование имеет ряд преимуществ при изготовлении ДОЭ, фотошаблонов для их производства, угловых шкал, лимбов и т.д. Главным преимуществом является более высокая производительность таких систем, так как по одной из координат реализуется непрерывное движение, в результате чего линейная скорость перемещения записывающего луча может достигать десятков метров в секунду. Вторым положительным качеством кругового сканирования является более точное изготовление аксиально-симметричных элементов, требуемых во многих областях оптики. Эти преимущества обусловили развитие круговых лазерных записывающих систем (KJI3C) и технологий на их основе. В настоящее время такие системы применяются как для изготовления ДОЭ и фотошаблонов к ним, так и для изготовления прецизионных шкал, лимбов, растров и т.д.

Основные результаты по круговой лазерной записи получены в Лаборатории лазерных технологий Института автоматики и электрометрии СО РАН. Этим научно-техническим коллективом были разработаны, развиты и внедрены для изготовления ДОЭ такие технологии, как круговая запись по плёнкам хрома на стеклянных подложках, запись на основе материалов с управляемым коэффициентом поглощения, фоторастровый метод получения фазового микрорельефа и т. д. [12, 13]. На основе этих методов изготовлены уникальные ДОЭ для проверки зеркал больших телескопов, высокоэффективные ДОЭ с пилообразным профилем и т. д. В ходе отработки технологий изготовления ДОЭ были исследованы различные аспекты взаимодействия сфокусированного лазерного излучения с различными материалами (плёнки аморфного кремния, плёнки хрома на стеклянных подложках, LDW - стёкла и т.д.). Однако дальнейшее развитие технологий круговой лазерной записи требует более подробных исследований кинетики физических процессов, происходящих в материалах под воздействием сфокусированного движущегося лазерного пучка.

Актуальность работы.

Специалисты, имеющие дело с записью микроструктур (фотошаблонов интегральных схем, дифракционных оптических элементов, элементов микромеханики и др.), всегда стремились использовать (или разработать) технологические процессы с минимальным числом необходимых стадий изготовления конечной продукции (т.н. малостадийные технологии). К таким процессам относится термохимическая запись скрытых изображений в плёнках хрома [14-15]. Данная технология имеет только три основные стадии: нанесение в вакууме плёнки хрома, экспозиция плёнки сфокусированным лучом лазера и травление плёнки хрома в селективном травителе. Также существует возможность высокой автоматизации данного технологического процесса, которая позволяет существенно снизить затраты на изготовление необходимых элементов [2,16 - 20].

Кроме того, современные требования к параметрам изделий микромеханики, дифракционной оптики, шкал, фотошаблонов и т.д. становятся всё более жёсткими. Для качественного изготовления таких элементов необходимо высокоточное (с относительной погрешностью порядка Ю-6 ) нанесение изображений, в т.ч. методами круговой лазерной термохимической записи. Однако выдержать столь жёсткие требования к точности формирования топологии элементов, не зная динамики физических процессов, происходящих в плёнках хрома во время записи, и основываясь только на эмпирических данных, которые накоплены в процессе эксплуатации созданных систем, достаточно сложно. При использовании такой технологии возникают искажения, связанные с кинетикой тепловых процессов. Важным для понимания механизма появления погрешностей записи является проведение анализа формы следа, получаемого в плёнке хрома после воздействия лазерного излучения. При этом особо важно исследовать переходные режимы в начале и в конце воздействия излучения. Для этого целесообразно анализировать как 2D, так и 3D изображения следа. Поскольку наклоны поверхности следа на краях получаемой структуры приведут к дополнительному рассеянию при отражении света и, следовательно, ухудшению характеристик приборов, исследование 3D-топологии микроструктур также является актуальной задачей.

Разработка методики коррекции технологических погрешностей изготовления элементов с помощью круговой лазерной записи позволит оперативно получать элементы в соответствии с современными требованиями (угловая погрешность - не хуже нескольких угловых секунд, линейная - меньше размера записывающего пятна). Таким образом, станет возможным приблизиться к предельным характеристикам элементов, получаемых с использованием КЛЗС.

Одним из важнейших параметров ДОЭ для большинства приложений является их дифракционная эффективность. Под дифракционной эффективностью (ДЭ) понимают отношение световой энергии в нужных порядках дифракции к полной световой энергии, прошедшей через элемент. Искажения топологии микроструктур заметно влияют на ДЭ полученных в результате изготовления ДОЭ. Для фазовых элементов, выполненных с различной модуляцией фазового профиля, заметно отличается максимально достижимая дифракционная эффективность. ДОЭ с синусоидальной модуляцией имеют теоретическую максимальную эффективность в первом порядке 34%, с бинарной - 41%, с линейной (их называют ДОЭ «с блеском») - до 100% (в рамках скалярной теории) [1, 11]. Поэтому ДОЭ с линейной модуляцией представляют наибольший интерес для практики. При их изготовлении необходимо с высокой точностью выдерживать заданный характер изменения фазового профиля в пределах каждой дифракционной зоны и обеспечить резкую границу между этими зонами. От того, как выдерживается выполнение этих требований, существенно зависит качество ДОЭ и, естественно, его ДЭ. Поскольку прямое измерение фазового рельефа по всей поверхности ДОЭ с последующим вычислением параметров интенсивности света в полезном изображении в большинстве случаев является долгим и трудновыполнимым процессом, то разработка методов измерения дифракционной эффективности широкого класса ДОЭ является весьма актуальной задачей. Также возможность выявления характеристик фазового профиля по поверхности ДОЭ, приводящих к ухудшению эффективности ДОЭ, без применения прямого измерения фазового профиля позволяет существенно уменьшить затраты по аттестации изготовленных ДОЭ.

Цель и задачи диссертации:

Целью настоящей работы является исследование кинетики процесса записи скрытых изображений в плёнках хрома в широком диапазоне скоростей сканирования для понимания механизма формирования скрытых изображений и возникающих при этом искажений топологии, разработке алгоритмов компенсации этих искажений в топологии ДОЭ, круговых шкал, фотошаблонов и т.д.; создание методики измерения эффективности широкого класса ДОЭ и оценки распределения искажений фазового профиля. Достижение указанных целей потребовало решения следующих задач: расчёт кинетики прогрева сфокусированным лазерным пучком системы плёнка хрома - кварцевая подложка в большом диапазоне скоростей сканирования; анализ результатов расчёта температурного поля и сравнение с экспериментальными результатами; разработка и экспериментальная апробация методики коррекции возникающих технологических погрешностей; экспериментальная проработка сканирующей методики измерения дифракционной эффективности широкого класса ДОЭ; выработка методик оценки искажений фазового профиля по площади

ДОЭ.

Научная новизна впервые проведены исследования кинетики образования термохимического следа при лазерной записи в плёнках хрома на кварцевых подложках в широком диапазоне линейных скоростей сканирования, характерном для KJI3C. рассмотрена кинетика прогрева плёнки хрома на кварцевой подложке при включении пучка в процессе движения для случаев с зависящими и независящими от температуры теплофизическими параметрами плёнки и подложки; показано различие формы (асимметрия) температурного следа при включении и выключении записывающего пучка на основе анализа кинетики прогрева лазерным пучком системы плёнка-подложка в широком диапазоне скоростей сканирования; показано, что тестовые структуры, применяемые для выбора мощности, должны иметь размеры, соизмеримые с формируемыми, если последние имеют длину, меньшую чем расстояние, при прохождении которого устанавливается стационарное температурное поле в области обработки; разработаны и внедрены методы коррекции погрешностей топологии, которые возникают при записи изображений в плёнках хрома, учитывающие особенности динамики термохимических процессов; предложена и экспериментально исследована методика измерения эффективности путём сканирования световым пучком ограниченной апертуры для большого класса дифракционных оптических элементов, в т.ч. широкоапертурных; экспериментально продемонстрировано, что для предложенной методики сканирования при измерении эффективности ДОЭ существует возможность выявлять ряд локальных искажений фазового профиля ДОЭ, снижающих дифракционную эффективность.

Практическая значимость работы

Результаты исследований кинетики механизма образования следа в процессе термохимической лазерной записи используются для повышения точности изготавливаемых с использованием KJI3C типа CLWS-300C прецизионных шкал, лимбов и других изделий в КТИ НП СО РАН и на Уральском оптико-механическом заводе.

На основе результатов исследований сканирующего метода измерения дифракционной эффективности разработана система, позволяющая измерять энергетическую и дифракционную эффективность широкого класса ДОЭ. Система поставлена в рамках выполнения международного контракта в Институт физики Академии космических технологий КНР.

Личный вклад

Личный вклад автора состоит в проведении анализа температурного поля при лазерной записи в плёнках хрома на стеклянных подложках в широком диапазоне скоростей сканирования; постановке и осуществлении экспериментов с использованием КЛЗС по исследованию динамики переходных тепловых процессов при термохимической лазерной записи; разработке и экспериментальной проверке методики повышения точности структур, синтезируемых в плёнках хрома с использованием термохимической лазерной записи на КЛЗС. Автором выполнена научная проработка методики измерения энергетической и дифракционной эффективности дифракционных оптических элементов сканирующим методом; разработаны методы, алгоритмы и программное обеспечение; исследованы дополнительные возможности выявления причин, ухудшающих эффективность дифракционных оптических элементов.

Апробация результатов работы

Основные результаты работы были представлены на конференциях: Workshop on Laser Physics and Photonics, 1999, Saratov, Russia; I Conference on Laser Optics for Young Scientists, 2000, Saint-Petersburg, Russia; 3rd International Conference on Measurement, 2001, Bratislava, Slovakia; 7th International Symposium on Laser Metrology Applied to Science, Industry, and Everyday Life, 2003, Novosibirsk, Russia; Diffractive Optics 2003 Conference, 2003, Oxford, Great Britain; International Symposium on Photonics in Measurement, 23/24 June 2004, Frankfurt, Germany; научный семинар в Институте Технической Оптики, Штутгартский Университет, июнь, 2004, Штутгарт, Германия.

Публикации

С участием автора опубликовано 20 печатных работ, из них 19 - по теме диссертации, в том числе 4 научные статьи - вошедшие в перечень изданий, рекомендованных ВАК, 14 - в сборниках трудов международных конференций, а также получен патент РФ.

Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и приложения. Объём работы составляет 131 страницу основного текста, включая 53 рисунка и 2 таблицы. Список литературы содержит 69 наименований.

Выводы к главе 4:

1. Применение метода сканирования поверхности ДОЭ световым пучком ограниченной апертуры даёт возможность производить измерение эффективности широкого класса ДОЭ. Сравнение результатов измерений ДЭ, полученных на рабочей длине волны по двум различным методикам для линзы Френеля, показало достаточно близкое их совпадение (различие не превышало 4%).

2. Создана установка, позволяющая измерять эффективность ДОЭ, угол дифракции а которых лежит в пределах 0,063<а<0,63 радиан, размером от 10 до 300 мм как сканирующим, так и интегральным методом.

3. Применение дополнительного сканирования по спектру излучения позволяет оценивать с приемлемой для практики погрешностью искажения максимальной глубины фазового профиля и величину обратного ската ДОЭ.

121

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В рамках данной работы сделан анализ тепловых процессов при круговой лазерной термохимической записи в плёнках хрома и рассмотрен сканирующий метод измерения дифракционной эффективности.

Впервые рассчитано температурное поле для термохимической лазерной записи при широком диапазоне скоростей сканирования. В результате расчёта установлена асимметрия температурного поля и смещение температурного следа в направлении движения записывающего пучка.

В результате анализа кинетики прогрева плёнки хрома на стеклянной подложке при включении записывающего пучка установлено, что при термохимической круговой лазерной записи мощность записывающего пучка для коротких структур в тангенциальном направлении (размером примерно до нескольких размеров записывающего пятна) и длинных необходимо выбирать исходя из тестовых записей аналогичной длины.

Проведено сравнение температурного поля на поверхности плёнки хрома с экспериментально нанесёнными штрихами. Установлено, что в отражённом свете структуры короче на несколько микрон по сравнению со структурами, что наблюдаются в проходящем свете. С помощью измерений 3D топологии с использованием сканирующей зондовой микроскопии показано, что отражённый свет рассеивается на участках, непараллельных поверхности подложки, что необходимо учитывать при синтезе прецизионных элементов с использованием КЛЗС.

В результате анализа температурного поля и экспериментальных данных установлено, что увеличение толщины оставшейся после травления структуры в направлении движения пучка происходит ввиду инертности прогрева системы плёнка-подложка. Показано, что асимметрию 3D формы элементарных штрихов в тангенциальном направлении необходимо принимать во внимание при изготовлении элементов с использованием круговой лазерной термохимической записи.

Разработана методика коррекции технологических погрешностей при круговой лазерной записи в плёнках хрома, которая позволила уменьшить погрешность выполняемых на КЛЗС фотошаблонов угловых шкал и лимбов до единиц угловых секунд.

Показано, что применение метода сканирования поверхности ДОЭ световым пучком ограниченной апертуры (много больше характерного размера одной дифракционной зоны и много меньше размера изменения характера дифракционных зон) даёт возможность проводить измерение эффективности широкого класса ДОЭ. Сравнение результатов измерений ДЭ, полученных на рабочей длине волны по двум различным методикам для линзы Френеля, показало достаточно близкое их совпадение (различие не превышало 4%).

Создана установка, позволяющая измерять эффективность ДОЭ, угол дифракции а которых лежит в пределах 0,06<а<0,6 радиан, размером от 10 до 300 мм как сканирующим, так и интегральным методом (для линз Френеля диаметром до 48 мм).

Показано, что применение дополнительного сканирования по спектру излучения позволяет оценивать с приемлемой для практики погрешностью (до нескольких процентов) искажения топологии ДОЭ: максимальной глубины фазового профиля и величину обратного ската дифракционных зон ДОЭ.

Таким образом, в результате выполнения данной работы решены важные научно-технические задачи по формированию топологии синтезируемых микроструктур при круговой лазерной термохимической записи в плёнках хрома и применению сканирующего метода для измерения дифракционной эффективности ДОЭ. Решение данных задач позволило уменьшить погрешности при синтезе оптических элементов с микроструктурированной поверхностью и создать систему для измерения дифракционной эффективности широкого класса ДОЭ.

1. Под. ред. Сойфера В.А. Методы компьютерной оптики, Физматлит, Москва, 688 е., 2000.

2. В. П. Коронкевич, В.П. Корольков, А.Г. Полещук, Лазерные технологии в дифракционной оптике, Автометрия, №6,1998, с.5-26

3. М.А. Окатов, Э.А. Антонов и др. Справочник оптика-технолога. Под ред. М.А. Окатова, Политехника, Санкт-Петербург, 2-е изд., перераб. и доп. 2004. 679 с.

4. Ф. Козанне, Ж. Флерэ, Г. Мэтр, М. Руссо. "Оптика и связь", Москва, "Мир", 1984, 504 с.

5. Корольков В.П., Разработка и исследование оптических методов изготовления дифракционных элементов на основе материалов с управляемым коэффициентом поглощения. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук, Новосибирск, 2000.

6. Полещук А.Г., Дифракционные оптические элементы: методы синтеза и применение. Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук, Новосибирск, 2003.

7. Коронкевич В.П., Полещук А.Г., Чурин Е.Г., Юрлов Ю.И. Лазерная термохимическая технология синтеза дифракционных оптических элементов на плёнках хрома. Квантовая электроника, 12,1985, № 4.

8. Вейко В.П., Лазерная обработка плёночных элементов. Л. «Машиностроение», 1986,248 с.

9. В.М. Ведерников, В.П. Кирьянов, В.П. Корольков и др. Лазерная технология изготовления круговых шкал и кодовых дисков. Препринт ИАиЭ СО АН СССР № 329. Новосибирск, 1986.

10. V. P. Kiryanov, "Laser setup for flat optical components fabrication with submicron resolution", Laser Application Engineering (LAE-96), Vadim P. Veiko, Editor Proc. SPIE, 1997, V. 3091, pp. 66-70

11. Ведерников В.М., Вьюхин В.П., Кирьянов В.П., Коронкевич В.П., Кокоулин Ф.И., Полещук А.Г., Лохматов А.И., Прецизионный фотопостроитель для синтеза оптических элементов. Автометрия, 1981. №3. С. 3-17

12. Кононенко В.В., Конов В.И., Пименов С.М., Прохоров A.M., Павельев B.C., Сойфер В.А., Алмазная дифракционная оптика для СОг лазеров, Квантовая электроника, т. 26, №1, 1999

13. Коронкевич В.П., Ремесник В.Г., Фатеев В.А., Цукерман В.Г., Киноформные оптические элементы в плёнках халькогенидных стеклообразных полупроводников. Автометрия, №5,1976.

14. D.W. Sweeney and G. Sommarger, "Single element achromatic diffractive lens", Diffractive Optics: Design, Fabrication and Application. Conference, Rochester, N.Y. 26/DMB2-1, p.26,1994.

15. Б. Медникаров, А.Г. Полещук, Е.Г. Чурин, Применение плёнок АБгЭзДля изготволения рельефно-фазовых дифракционных элементов, Автометрия, № 3,1994.

16. У. Дьюли, Лазерная технология и анализ материалов. М. «Мир», 504 е., 1986.

17. В.В. Чесноков, Е.Ф. Резникова, Д. В. Чесноков, Лазерные наносекундные микротехнологии. Новосибирск, СГТА, 2003.300 с.

18. Пат. США 5285517, High energy beam sensitive glasses/ С. Wu, С. Kuang. 1994

19. LDW glass photomasks blanks // CMI Product information #95-08.

20. R. Michael Wang, Heng Su, Laser direct-write gray-level mask and one-step etching for diffractive microlens fabrication, Applied optics, Vol. 37, #32,1998.

21. М. Т. Gale, М. Rossi, Joern Pedersen, Helmut Schultz, Fabrication of continuous relief micro - optical elements by direct laser writing in photoresist, Optical Engineering, Vol. 33, #11,1994

22. Shih, Jern Т.С. Rong Н.С., Hsiang Н.Т., A feasibility study on the use of amorphous silicon as optical recording medium, Jap. J. of Appl. Phys., 1987, Pt. 1, vol. 26, #2, pp 193-196.

23. В.З. Гочияев, В.П. Корольков, А.П. Соколов, В.П. Чернухин, Полутоновая оптическая запись на плёнках a-Si. Квантовая электроника, т. 16, №11, с 2343.

24. Jin-Seung Sohn, Myung-Bok Lee, Wan-Chin Kim, Eun-Hyung Cho, Tae-Wan Kim, Chan-Young Yoon, No-Cheol Park, Young-Pil Park., Design and fabrication of diffractive optical elements by use of gray scale lithography, Appl. Opt., Vol. 44, #4,2005.

25. П. Перло, С. Синези, M. Рипетто, Г.В. Успленьев, Использование круговой лазерной записывающей системы для изготовления полутоновыхфотошаблонов дифракционных оптических элементов на основе LDW glass пластинок. Компьютерная оптика, №17.1997.

26. Никитин В.Г. Изготовление высокоэффективных ДОЭ с помощью полутоновых фотошаблонов на основе LDW стёкол / Корольков В.П., Малышев А.И., Никитин В.Г., Полещук А.Г., Харисов А.А., Черкашин, В.В., By Ч.// Компьютерная оптика, 1998,18, стр. 43-51.

27. Никитин В.Г. Полутоновые фотошаблоны на основе LDW-стёкол / Корольков В. П., Малышев А. И., Никитин В. Г., Полещук А.Г., Харисов А. А., Черкашин В.В., By Ч. //Автометрия, 1998 №6. с. 27 37.

28. А.Г. Полещук, Изготовление рельефно-фазовых структур с непрерывным или многоуровневым профилем для дифракционной оптики, Автометрия, 1992, №1.

29. Полещук А.Г., Корольков В.П., Черкашин В.В., Райхельт С., Бёдж Дж. Методы минимизации ошибок прямой лазерной записи дифракционных оптических элементов. Автометрия, 2002, 38, № 3, с.З.

30. Yongjun Xie, Zhenwu Lu, and Fengyou Li, Method for correcting the joint error of a laser writer. Optics Express. 2003. -Vol. 11, №9. - p.975.

31. Инструкция по эксплуатации установки CLWS-300 /С. Новосибирск, КТИ НПСО РАН, 2001.

32. U.S. Paek, A. Kestenbaum, Thermal analysis of thin film micromashining with lasers. J.Appl. Phys., vol. 44, #5, May. 1973.

33. Полещук А.Г., Погрешности термохимического метода записи микроизображений в плёнках хрома // Автометрия, 2003, 39, № 6. С. 39-45.

34. Cherkashin V., Churin Е., Drachkov В., Kharisov A., Korolkov V., Poleshuk A., Investigation of thermochemical laser writing and etching processes incromium films. Experimental and numerical modeling for large hologram writing. Novosibirsk, 1994.

35. Ed. By Hans Peter Herzig, Micro-optics Elements, systems and applications. Taylor & Francis Ltd, p. 359,1998.

36. Burge J. H. Null test optics for MMT and Magellan 6.5 m f/1.25 primary mirrors //Proc. SPIE. 1994. 2199. p. 658-667.

37. I. Barton, J Britten, S. Dixit, et. Al. Large-aperture, lightweight diffractive lenses for space applications, Diffractive optics and Micro-optics, OSA (Optical society of America) Technical Digest, Washington, D.C., 2000.

38. Blattner P., R. H. Czichy, Characterization of diffractive optical elements for space sensor applications. Proc. SPIE Vol. 2210, p. 582-586, Space Optics 1994: Space Instrumentation and Spacecraft Optics.

39. Лякишев Н.П., Гасик М.И., МЕТАЛЛУРГИЯ ХРОМА, «Элиз», 1999. -582 с.

40. F. Stern. Heating and melting of a film on a substrate., J.Appl. Phys., vol. 44, Sept., pp. 4204-4208,1973.

41. Ахманов С.А., Никитин С.Ю. Физическая оптика. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1998,656 с.

42. Вейко В.П., Либенсон М.Н., Лазерная обработка, Л.: Лениздат, 1973, 191 е.

43. Галлагер Р., Метод конечных элементов. Основы: Пер. с англ. М.: Мир, 215с., 1984.

44. Марчук Г.И. Методы вычислительной математики. 2-е изд. М.: Наука, 1980.-535 с.

45. Никитин В.Г. К вопросу о механизме записи изображений в пленках хрома Текст. / Кирьянов В.П., Никитин В.Г. // Автометрия. 2004. - Т. 40, №2.-С. 59-68.

46. Веденов А.А., Г.Г. Гладуш, Физические процессы при лазерной обработке материаловМ.: Энергоатомиздат, 208с., 1985

47. Никитин В.Г. К вопросу о механизме записи изображений в пленках хрома Текст. / Кирьянов В.П., Никитин В.Г. // Автометрия. 2004. - Т. 40, №2.-С. 59-68.

48. Кирьянов В. П., Кокарев С. А., Лазерно-интерферометрический преобразователь перемещений с субнанометровым разрешением // Автометрия, 1998. №2. С. 3.

49. Т. Hessler, М. Rossi, R. Е. Kunz, М.Т. Gale "Analysis and optimization of fabrication of continous-relief diffractive optical elements'V/Applied Optics, 1998/ Vol. 37, No. 19, pp. 4069-4078.

50. T. Fujita, H. Nishihara, J. Koyama, "Blazed gratings and Fresnel lenses fabricated by electron-beam lithography", Optics Letters. Vol. 7. No. 12. 1982, P. 576