光栅薄膜显微硬度测试方法

在光学中，衍射光栅是一种具有周期性结构的光学元件，它将光分成若干束，沿不同方向传播，其横截面通常呈锯齿形、正弦形或矩形阵列。光栅在各种光谱仪中有着广泛的应用^[1] ，特别是在选择激光频率和带宽压缩范围方面的应用受到了广泛的关注^[2]。作为高精度光谱仪器的核心部件，光栅广泛应用于军事、天文、替代能源、生化分析等领域^[3]。

目前，大面积、高精度光栅是光栅刻划领域的一个研究热点。这种光栅的宽度超过400毫米，槽密度超过3600克/毫米。大面积可以帮助光栅获得优异的光收集和分辨能力，而高精度的规则可以赋予仪器优异的信噪比和波前质量。

大面积、高精度光栅的制作是一个非常复杂、耗时的过程。光栅薄膜的硬度测试是整个测试过程中的一个重要环节。为了简化光栅的制造工艺，提出了一种基于刀具刃口压痕的显微硬度测试方法。

将光栅制造过程中的刀具调整和显微硬度测试步骤统一起来。首先，建立了刀具载荷与压痕轮廓长度关系的数学模型。利用不同载荷下的刀具压痕试验对模型参数进行了修正。当用纳米压头测量时，光栅薄膜的平均硬度为447MPa。

该方法测得的光栅薄膜的硬度值与纳米压头测得的硬度值基本相同，最大偏差约为平均硬度值的2.2% 。实验结果表明，该方法可以取代纳米压头的显微硬度测试方法。

因此，避免了用纳米压痕仪测试光栅薄膜硬度的样品尺寸有限、压痕仪对薄膜表面粗糙度和压痕深度的敏感性、测试薄膜的精度和提高光栅压痕效率等缺点。

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