【资料】看看AA的光栅是如何制造的

新的刻线机

Thermo Environmental的Stelios Pezaris博士承担了二号机现代化改造的工作。Pazari博士是一位在设计高精密机械方面世界著名的科学家，他在设计精度及准确度远远高于瑞士钟表的机械的细微之处及质量方面很有造诣。Pezaris博士应用当今最先进的测量及控制技术，重新设计了刻制机上的绝大部分移动部件。原刻制机上的滑台是经研磨及抛光的，其准确度为1弧秒（1 arc-second）。Pezaris博士设计了安装钻石刻刀的新刀架。利用独立的、一个用光学编码器控制速度的高精度电动机，替换驱动刻制机的齿轮和丝杆。新电动机是用电脑来修正由于其定子绕组产生的误差，此电机是用三相电压来驱动。

移动光栅空白坯模经过钻石刻刀轨道的移动滑台位置是由两束HP（惠普）的激光干涉光束所控制。两个光束读数之和用来检测滑台的位置。它们之差检测出轨道的任何偏移误差。通过一个装在滑台上的压电传感器校正偏移影响。使用第三个干涉仪的激光光束，连续测定一个固定参比距离的精度，根据大气压力、温度、湿度的变化而得到此干涉议的激光波长变化的校正因数。自己设计的特殊电子线路和软件改善了干涉代的分辨率，从标准的5nm改善至0.1nm。为了避免光栅上任何周期性误差而产生散射光，这种高分辨率是必需的。

安装光栅空白坯模的移动滑台是以纵向恒定速度移动的。当到达需刻槽的座标位置时，带动钻石刀架的电机就起动了，将精密抛光的钻石刀拉过镀铝表面，然后再回到原来的起始位置上。这个过程重复上千次，直至整个光栅刻好。

为了避免刻制机所用材料由于温度的变化而产生的热胀冷缩所产生的误差，整个刻制机密封在一个隔热箱中，隔热箱的一部分浸在一个油浴中。这个隔热箱安放在一个3 x 5 x 3 m的箱室中，此箱室由一个大的水-空气热交换器控制温度。这个箱室又封装在—9 x14 x 4 m的房间里，此房间是一个专用的空调恒温，在此房间的温度恒定在±10C；箱室内的温度恒定在±0.10C；刻线机的温度恒定在±0.010C。

为了避免由于底座震动引起的刻制误差，刻制机由四个由电脑控制的充气防振器所支持。由一个专用的11位微处理机来综合控制各种工作，并由一个人电脑来监控系统更高级别的功能。

原刻（母）光栅的刻制

设计和制造这种精密和准确的机械是一个难题，同样刻制一块真正的原刻光栅也是很困难的。刻制过程的开始是将原刻光栅坯模抛光，平面（flat）度为小于l20（32nm）。Pyrex玻璃坯模的厚度为25mm，这种材料及其厚度足以避免由于温度及机械应力对坯模所造成的损害。一旦光栅坯模被清洁后，应该镀上刻制光栅槽的铝膜。常规的制造方法，是在高真空环境下，在高纯的钨丝上加热99.999%纯度的铝，在玻璃坯模上镀上稠密的、均匀的、平的铝膜。在镀膜过程中，坯模将放在一个行星齿轮（轨道）机械上旋转，以获得均匀的镀层。在镀膜室内的检测器测量和控制镀膜室的压力、铝的沉积速率和铝在坯模上的镀层的厚度。当坯模镀好后用干涉仪检查其表面平整度及有否瑕疵。

镀膜后的坯模放在刻制机的移动滑台上，然后进行试刻，以确保刻制出规定闪耀角所需的钻石刀的角度以及刻槽的深度。用500倍的光学显微镜或原子力显微镜（AFM）来检查每根刻槽的质量。AFM可用以< 0.05 nm RMS的分辨率在高度为9mm，100mm见方的面积上扫描。右图为AFM对一个中阶梯试刻光栅的实像扫描图。

如果AFM证实试刻光栅的闪耀角及刻槽的深度是正确的，则进行复制。用一个特制的闪耀计（Blazemeter）测量复制光栅的效率、闪耀角及散射光。如果光栅效率、闪耀角及散射光等指标在控制限度内，这试验认为是成功的，可以正式进行光栅刻制。一块新的光栅坯模被放入刻制机中，在电脑上打入指令，3-10天（视光栅的长度而定）后可刻好一块原刻光栅。

制造完整的复制光栅

一块好的原刻光栅（母光栅）一旦刻制好后，需复制一块代用原刻母光栅（Sub master）。原刻光栅并不适用在仪器上，从下图中可以看到：原刻光栅只有相当低的效率，典型的只有20%左右。其原因是原刻光栅的刻槽 “顶部”（top）是平的，光线射上后即反射为散射光。只有原刻光栅的奇数次（注：指复制次数）复制的光栅能用于生产。复制光栅是原刻光栅的镜象，复制后的光栅顶部并不是平的，而是尖锐点，平的面不在光栅的顶部而在底部，见右图。

由于光栅的闪耀角是陡的，因此光栅刻槽底部为刻槽的边所遮蔽，而不产生散射光。用从原刻光栅复制得到的第一块代用原刻光栅（sub-master）来复制第二块代用原刻光栅(sub-master)，然而用第二块代用原刻光栅来生产最终产品光栅。

光栅复制的方法相当简单，但光学工厂是保密的。图4描述夹层（“三明冶”）型光栅的复制。在复制的过程中存在不同的层次。

首先，在被复制部分镀上一层脱膜剂。脱膜剂的目的是当环氧树脂硬化凝固后使两部分（指原刻与复指光栅）脱离。

在脱膜剂的面上沉积一薄层铝膜。铝膜仿制原刻光栅部分的轮廊，也就是复制件上真实的“光栅”。环氧树脂倒在铝膜的上面，生成一薄膜，在其上加一玻璃片基。加片基的目的是在于增强制成的薄铝膜光栅的强度。一旦环氧树脂固化了，母光栅与复制光栅将被分离并清洁。然后，当复制的铝面暴露在空气中，铝面将氧化成氧化铝，氧化铝对紫外光的反射率是很差的。为了增强镀膜的反射率及光栅的效率，光栅应有一个新镀的、被保护的铝面。一个“闪亮镀层”（Flash-coating）用99.999%的铝复盖在复制光栅上，在保持真空状态下，再镀一层氟化镁，以避免高反射率纯铝表面的任何氧接触。由此获得的复制光栅现在被送至本公司质量控制中心，在那里该复制光栅将接受闪耀角、效率、图形和散射光的检查。

通过此检查的光栅，即可用于仪器上。

不错的资料，分享了

好像国内还制造不了光栅吧

内容不错，看来一个仪器和一个国家的工业有很多的关系

平时光顾着做试验，还真没留意这些

原来光栅也是很有科技含量啊

可以做的，甚至以前二光和沈分都可以做的，但是要看级别了，AAS的光栅都是进口的母光栅然后复制的，就是不知道多少代了，大致是5代或以后的样子吧

就是一直想了解，谢LZ了

不错，学习了！