技术领域
[0001] 本发明涉及光栅技术领域，具体涉及一种光栅栅线方向定位方法及装置。
相关背景技术
[0002] 衍射光栅是可以实现对光进行衍射的光学装置。它包含了一个周期性结构，可以引起空间振幅或者相位变化。该类光学原件被广泛应用于各类集成光学、光学全息、光学频谱分析、光通信系统、AR/VR等光学显示领域。
[0003] 由于衍射光栅的形貌特征(周期、槽深、占空比等)尺寸基本都在纳米量级，因此需要采用各种微观检测手法对光栅形貌进行检测。
[0004] 在采用微观检测手法对光栅形貌进行检测的过程中，有些时候需要对光栅栅线方向进行宏观判断。示例性的，光栅形貌检测中涉及到光栅栅线方向判断的环节有：原子力显微镜扫描方向、电子显微镜制样的裁片裂片方向、衍射法检测光学周期对准等。目前上述环节需要依靠经验以及理论设计方向来进行光栅栅线方向的大致判断，造成最终检测结果出现较大的误差，例如：原子力显微镜的扫描方向与实际的光栅栅线的法线方向不一致而造成槽型测试数据有误，从业人员在扫描电镜制样裂片时因不能准确判断光栅栅线方向而无法裂出光栅的垂直断面，使用衍射法进行周期测试时因不能准确判断栅线方向是否与激光光束所在平面垂直而导致检测失误。
[0005] 所以目前亟需一种准确且快速的对光栅栅线方向进行定位的技术方案。
具体实施方式
[0080] 下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0081] 在本文中，术语“第一”、“第二”和其它类似词语并不意在暗示任何顺序、数量和重要性，而是仅仅用于对不同的元件进行区分。在本文中，术语“一”、“一个”和其它类似词语并不意在表示只存在一个所述事物，而是表示有关描述仅仅针对所述事物中的一个，所述事物可能具有一个或多个。在本文中，术语“包含”、“包括”和其它类似词语意在表示逻辑上的相互关系，而不能视作表示空间结构上的关系。例如，“A包括B”意在表示在逻辑上B属于A，而不表示在空间上B位于A的内部。另外，术语“包含”、“包括”和其它类似词语的含义应视为开放性的，而非封闭性的。例如，“A包括B”意在表示B属于A，但是B不一定构成A的全部，A还可能包括C、D、E等其它元素。
[0082] 在本文中，术语“实施例”、“本实施例”、“优选实施例”、“一个实施例”并不表示有关描述仅仅适用于一个特定的实施例，而是表示这些描述还可能适用于另外一个或多个实施例中。本领域技术人员应理解，在本文中，任何针对某一个实施例所做的描述都可以与另外一个或多个实施例中的有关描述进行替代、组合、或者以其它方式结合，所述替代、组合、或者以其它方式结合所产生的新实施例是本领域技术人员能够容易想到的，属于本发明的保护范围。
[0083] 在本文的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0084] 本发明提供一种光栅栅线方向定位方法，如图1所示，总体构思如下：
[0085] S1首先，确定待测光栅的光栅矢量方向。
[0086] S2然后，基于待测光栅的光栅矢量方向判断待测光栅的栅线方向。
[0087] S3进而，根据判断的待测光栅的栅线方向，定位待测光栅的栅线方向。
[0088] 其中，步骤S1确定待测光栅的光栅矢量方向，包括如下步骤：
[0089] S1‑1设定载台的上台面的放置方向。
[0090] 载台的上台面可以水平放置，也可以竖直放置。
[0091] 以载台的上台面水平放置为例，示例性的，
[0092] 将光学平台水平放置，然后将载台设置在光学平台上，使得载台的上台面与光学平台平行。
[0093] S1‑2将待测光栅置于载台的上台面，且待测光栅的光栅一面与空气接触。
[0094] S1‑3设定第一激光器的放置位置。
[0095] 这里第一激光器的放置位置和载台的上台面的放置方向有关，比如，若载台的上台面竖直放置，则第一激光器可以放置在载台的侧方，若载台的上台面水平放置，则第一激光器可以放置在载台的上方。
[0096] 以将载台设置在水平放置的光学平台，载台的上台面与光学平台平行以及将第一激光器设于载台上方为例，
[0097] 示例性的，
[0098] 将第一支撑部件的底端固定设置在光学平台上，第一支撑部件与光学平台垂直设置。
[0099] 在第一支撑部件上固定设置第二支撑部件，第一支撑部件与第二支撑部件垂直设置，第二支撑部件位于载台上方。
[0100] 将第一激光器设置在第二支撑部件上。
[0101] 示例性的，这里的第一支撑部件可以是支撑板，这里的第二支撑部件可以是支撑柱。
[0102] S1‑4采用第一激光器向待测光栅垂直发射点光源，点光源在待测光栅表面发生衍射而得到沿直线排布的多个衍射点组成的衍射点阵，衍射点阵的直线排布方向即为光栅矢量方向。
[0103] 需要说明的是，
[0104] 这里要保证第一激光器向待测光栅垂直发射点光源，所以第一激光器优选能够转动角度，示例性的，如上示例的将第一激光器设置在第二支撑部件上的情形，可以在第二支撑部件上设置能够旋转的第一激光器，也可以是在第二支撑部件上通过旋转夹具方式固定第一激光器。
[0105] 衍射点阵的出现位置与待测光栅是否满足衍射光波导条件有关。
[0106] 若待测光栅满足衍射光波导条件，衍射点阵出现在待测光栅表面。如图2所示，以衍射光波导上的衍射光栅为例，第一激光器向衍射光波导表面垂直发射点光源，点光源遇到衍射光波导表面的衍射光栅后通过设定的透射衍射级次(比如图中的m级)发生衍射而耦入光波导，点光源的衍射光束(衍射点)在衍射光波导基体内通过全反射方式进行传播，在全反射传播过程中，点光源的衍射光束(即衍射点)每次遇到衍射光波导表面的衍射光栅会再次发生衍射而耦出衍射光波导，从而在衍射光波导表面得到沿直线排布的多个衍射点组成的衍射点阵。
[0107] 若待测光栅不满足衍射光波导条件，则衍射点阵出现在待测光栅表面的上方空间。即第一激光器向非衍射光波导上的衍射光栅表面垂直发射点光源，点光源遇到衍射光栅时，通过多个反射衍射级次发生衍射，从而在衍射光栅的上方空间内出现衍射点阵(如图3所示)。
[0108] 若待测光栅不满足衍射光波导条件，则上述采用第一激光器向所述待测光栅垂直发射点光源之前，将接收板设于载台上方，利用接收板接收待测光栅表面的上方空间出现的衍射点阵。
[0109] 由于不同的光栅产品可能具有不同的光栅周期，如果使用同一波长的光入射到不同光栅周期的光栅时就会出现由于入射波长与光栅周期差异太大而导致无法识别衍射现象，所以为了保证点光源在待测光栅表面发生衍射而得到沿直线排布的多个衍射点组成的衍射点阵，上述第一激光器发射的点光源的波长能够进行调节，从而通过调节点光源的波长而实现对不同周期待测光栅的栅线方向定位。
[0110] 基于本领域的术语定义，上述光栅矢量方向为光栅栅线周期性延展方向。示例性的，如图4所示为一维光栅的光栅矢量示意图，图中的d表示一维光栅的周期，d旁边的箭头表示一维光栅栅线周期性延展方向，K表示光栅矢量，K下方的箭头表示光栅矢量方向。
[0111] 结合图5，根据如下光栅矢量方程(1)和(2)：
[0112] n(±1)s inθm(±1)s inΦm(±1)＝n(+1)s inθs inΦ (1)；
[0113]
[0114] 其中，n表示介质折射率，上角标+1表示反射衍射级次；上角标‑1表示透射衍射级次；θ表示入射光线与光栅基板法线方向(即图5中y方向)夹角；Φ表示方位角，即表示入射光线与光栅基板法线所在的平面(即图5中的虚线表示平面)与光栅矢量(即图5中的K)方向的夹角；m表示衍射级次；d表示光栅周期；λ表示波长。
[0115] 当光线满足垂直入射的条件时，即θ＝0，则公式(1)恒等于0。
[0116] 所以，公式(1)/公式(2)＝tanΦm(±1)＝0(3)；
[0117] 根据公式(3)，当入射角θ＝0时，Φm(±1)恒等于0，结合图5，当光线从垂直于光栅表面的方向入射时，任何级次的衍射光线均会在xoy平面内，当在xoz平面或者xoz平面的平行面接收各级次衍射光线时，各级次衍射光线与xoz平面或者xoz平面的平行面的交点均沿着x方向，即与光栅矢量K方向一致。
[0118] 其中，步骤S2基于待测光栅的光栅矢量方向判断待测光栅的栅线方向，包括：
[0119] 根据光栅矢量方向和光栅栅线方向具有垂直关系，确定光栅栅线方向。
[0120] 示例性的，
[0121] 对于一维光栅，光栅矢量方向为光栅栅线周期性的排布方向，而光栅栅线方向和光栅栅线周期性排布方向是垂直关系，进而确定光栅矢量方向与光栅栅线方向垂直。
[0122] 其中，步骤S3根据判断的待测光栅的栅线方向，定位待测光栅的栅线方向，具体包括如下步骤：
[0123] S3‑1设定第二激光器的放置位置。
[0124] 这里第二激光器的放置位置和载台的上台面的放置方向有关，比如，若载台的上台面竖直放置，则第二激光器可以放置在载台的侧方，若载台的上台面水平放置，则第二激光器可以放置在载台的上方。
[0125] 以将第二激光器设于载台上方为例，如上示例，可以将第二激光器设置在上述第二支撑部件上，此时，对于第二激光器与第一激光器的位置关系没有限定要求，比如，在第二支撑部件所在方向，第一激光器和第二激光器可以通过一定间隔距离设置在第二支撑部件上，在第二支撑部件所在方向的垂直方向，第一激光器和第二激光器可以通过一定间隔距离设置在第二支撑部件上。
[0126] S3‑2采用第二激光器向待测光栅垂直投射定位标记。
[0127] 示例性的，定位标记具有直角标识，比如定位标记可以采用十字标记、L型标记等。
[0128] S3‑3通过旋转第二激光器使得定位标记与上述衍射点阵的直线排布方向具有对应位置关系，从而对光栅栅线方向进行定位。
[0129] 以定位标记具有直角标识为例，
[0130] 旋转第二激光器，使得直角标识的顶点位于上述衍射点阵的直线排布方向。
[0131] 继续旋转第二激光器，使得直角标识的第一直角边与衍射点阵的直线排布方向重合，则直角标识的第二直角边的所在方向即为光栅栅线方向。
[0132] 更具体的，如图6所示，以定位标记采用十字标记为例，
[0133] 旋转第二激光器，使得十字标记的交叉点位于上述衍射点阵的直线排布方向。
[0134] 继续旋转第二激光器，使得十字标记的一条边与衍射点阵的直线排布方向重合，则十字标记的另一条边所在方向即为光栅栅线方向。
[0135] 需要说明的是，
[0136] 上述操作需要第二激光器向待测光栅垂直发射点光源以及对第二激光器进行旋转，所以为了实现第二激光器的转动，如上示例的将第二激光器设置在第二支撑部件上的情形，可以在第二支撑部件上设置能够旋转的第二激光器，也可以是在第二支撑部件上通过旋转夹具方式固定第二激光器。
[0137] 为了实现上述光栅栅线方向定位方法，本发明还提供一种光栅栅线方向定位装置，光栅栅线方向定位装置包括光栅矢量方向定位组件、光栅栅线方向定位部件。
[0138] 光栅矢量方向定位组件用于确定待测光栅的光栅矢量。
[0139] 光栅栅线方向定位部件用于根据光栅矢量方向与光栅栅线方向的方向关系定位待测光栅的栅线方向。而根据本领域的术语定义，光栅矢量方向与光栅栅线方向垂直。
[0140] 示例性的，
[0141] 光栅矢量方向定位组件包括光学平台、载台和第一激光器。
[0142] 光学平台水平放置，载台设置在光学平台上，载台的上台面与光学平台平行。
[0143] 载台的上台面用于放置待测光栅。
[0144] 第一激光器设置在载台上方。
[0145] 第一激光器向待测光栅垂直发射点光源，使得点光源在待测光栅表面发生衍射而得到沿直线排布的多个衍射点组成的衍射点阵。衍射点阵的直线排布方向即为待测光栅的光栅矢量方向。
[0146] 衍射点阵的出现位置和待测光栅是否满足衍射光波导条件相关。若待测光栅满足衍射光波导条件，则衍射点阵在待测光栅表面出现。若待测光栅不满足衍射光波导条件，则衍射点阵在待测光栅表面的上方空间出现。
[0147] 上述光学平台、载台和第一激光器采用现有部件即可。
[0148] 由于不同的光栅可能具有不同的光栅周期，而同一波长的光入射不同光栅周期的光栅的衍射角不同，所以为了保证点光源在待测光栅表面发生衍射而得到沿直线排布的多个衍射点组成的衍射点阵，上述第一激光器发射的点光源的波长优选能够进行调节，示例性的，第一激光器可以采用RGB三色激光器。
[0149] 示例性的，
[0150] 光栅栅线方向定位部件采用第二激光器，第二激光器采用现有部件即可。
[0151] 第二激光器设置在载台上方。
[0152] 第二激光器向待测光栅垂直发射定位标记。
[0153] 通过旋转第二激光器使得定位标记与衍射点阵的直线排布方向具有对应位置关系，从而对光栅栅线方向进行定位。
[0154] 以定位标记具有直角标识为例，
[0155] 旋转第二激光器，使得直角标识的顶点位于衍射点阵的直线排布方向。
[0156] 继续旋转第二激光器，使得直角标识的第一直角边与衍射点阵的直线排布方向重合，则直角标识的第二直角边的所在方向即为光栅栅线方向。
[0157] 这里具有直角标识的定位标记，示例性的，比如十字标记、L型标记等。
[0158] 作为优选实施方式，为了便于将第一激光器以及第二激光器设于载台上方，示例性的，本发明提供的光栅栅线方向定位装置还包括第一支撑部件和第二支撑部件。
[0159] 第一支撑部件的底端固定设置在光学平台上，第一支撑部件与光学平台垂直设置。
[0160] 第一支撑部件上固定设置第二支撑部件，第一支撑部件与第二支撑部件垂直设置。
[0161] 第一激光器以及第二激光器设置在第二支撑部件上。
[0162] 第一激光器与第二激光器在第二支撑部件上的位置关系没有限定要求，比如，在第二支撑部件所在方向，第一激光器和第二激光器可以通过一定间隔距离设置在第二支撑部件上，在第二支撑部件所在方向的垂直方向，第一激光器和第二激光器可以通过一定间隔距离设置在第二支撑部件上。
[0163] 需要说明的是，为了便于实现第一激光器以及第二激光器的旋转操作，可以采用自身能够旋转的第一激光器以及第二激光器，也可以将第一激光器以及第二激光器通过旋转夹具设置在第二支撑部件上，而旋转夹具的构造没有具体限定，采用现有部件即可。
[0164] 示例性的，这里的第一支撑部件可以是支撑板，这里的第二支撑部件可以是支撑柱。
[0165] 作为优选实施方式，如前所述，若待测光栅不满足衍射光波导条件，则衍射点阵在待测光栅表面的上方空间出现。所以，为了实现对待测光栅表面的上方空间出现的衍射点整进行捕获，本发明提供的光栅栅线方向定位装置还包括接收板，接收板设于载台上方，接收板接收待测光栅表面的上方空间出现的衍射点阵。
[0166] 而为了便于将接收板设于载台上方，可以将接收板与第一支撑部件连接，接收板与第一支撑部件垂直设置。
[0167] 接收板与第一激光器、第二激光器的位置关系没有限定要求，即接收板可以设于第一激光器以及第二激光器的上方，可以设于第一激光器以及第二激光器的下方，也可以设于第一激光器以及第二激光器之间，只要能够保证第一激光器向待测光栅发射点光源、第二激光器向待测光栅投射定位标记以及接收板接收衍射点阵即可。
[0168] 接收板采用现有板材即可，比如纸板、木板等。
[0169] 下面具体给出三个光栅栅线方向定位装置的实施例。
[0170] 实施例1
[0171] 如图7所示，光栅栅线方向定位装置包括光栅矢量方向定位组件、光栅栅线方向定位部件、支撑板1和单个支撑柱2。
[0172] 光栅矢量方向定位组件包括光学平台3、载台4和第一激光器5。
[0173] 光栅栅线方向定位部件采用第二激光器6。
[0174] 第一激光器5和第二激光器6自身可以旋转。
[0175] 光学平台3水平放置，载台4设置在光学平台3上，载台4的上台面与光学平台3平行。载台4的上台面用于放置待测光栅。
[0176] 支撑板1的底端固定设置在光学平台3上，支撑板1与光学平台3垂直设置。
[0177] 支撑板1上固定设置支撑柱2，支撑板1与支撑柱2垂直设置。
[0178] 第一激光器5以及第二激光器6间隔设置在支撑柱2上。
[0179] 实施例2
[0180] 光栅栅线方向定位装置包括光栅矢量方向定位组件、光栅栅线方向定位部件、支撑板、单个支撑柱和接收板。
[0181] 光栅矢量方向定位组件包括光学平台、载台和第一激光器。
[0182] 光栅栅线方向定位部件采用第二激光器。
[0183] 第一激光器和第二激光器自身可以旋转。
[0184] 光学平台水平放置，载台设置在光学平台上，载台的上台面与光学平台平行。载台的上台面用于放置待测光栅。
[0185] 支撑板的底端固定设置在光学平台上，支撑板与光学平台垂直设置。
[0186] 支撑板上固定设置支撑柱，支撑板与支撑柱垂直设置。
[0187] 第一激光器以及第二激光器间隔设置在支撑柱上。
[0188] 接收板设于载台与支撑柱之间。
[0189] 接收板一端固定设置支撑板上，接收板与支撑板垂直设置。
[0190] 接收板在第一激光器的光线入射位置开设第一通孔。
[0191] 接收板在第二激光器的光线入射位置开设第二通孔。
[0192] 实施例3
[0193] 如图8所示，光栅栅线方向定位装置包括光栅矢量方向定位组件、光栅栅线方向定位部件、支撑板1、第一支撑柱2‑1、第二支撑柱2‑2和接收板7。
[0194] 光栅矢量方向定位组件包括光学平台3、载台4和第一激光器5。
[0195] 光栅栅线方向定位部件采用第二激光器6。
[0196] 第一激光器5和第二激光器6自身可以旋转。
[0197] 光学平台3水平放置，载台4设置在光学平台3上，载台4的上台面与光学平台3平行。载台4的上台面用于放置待测光栅。
[0198] 支撑板1的底端固定设置在光学平台3上，支撑板1与光学平台3垂直设置。
[0199] 第一支撑柱2‑1的一端固定设置在支撑板1上，第一支撑柱2‑1与支撑板1垂直设置。
[0200] 第二支撑柱2‑2的一端固定设置在支撑板1上，第二支撑柱2‑2与支撑板1垂直设置。
[0201] 第一支撑柱2‑1位于第二支撑柱2‑2上方，第一支撑柱2‑1上设置第一激光器5，第二支撑柱2‑2上设置第二激光器6，第一激光器5和第二激光器6在与光学平台3水平方向具有间隔距离。
[0202] 接收板7设于第一支撑柱2‑1和第二支撑柱2‑2之间，接收板7一端固定设置在支撑板1上，接收板7与支撑板1垂直设置。
[0203] 接收板7在第一激光器5的光源入射位置开设第三通孔。
[0204] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
