软X光谱学光子筛衍射特性的实验表征

 概述了谱学光子筛的设计原理,计算了其透射率,并对设计的软X光谱学光子筛的衍射模式在光学波段进行了模拟计算和实验表征。结果表明,这种新型色散元件具有良好的、与设计预期一致的单级衍射特性,3级及以上的高级衍射能被有效抑制。与传统的透射光栅和以前设计的单级衍射光栅相比,新设计的软X光谱学光子筛更易于实现自支撑,可望在极紫外和软X光谱测量过程中得到广泛应用。     

软X射线多层膜光栅的衍射特性

用X射线运动学理论对软X射线多层膜光栅的衍射特性进行了研究。发现其衍射规律与多层膜的布拉格衍射和普通光栅衍射有本质的区别,可将衍射能量集中于某一衍射级上,同时它又保持了多层膜的高反射率和光栅的高分辨本领等优良特性。     

复色光源X射线光栅衍射效率

基于Fresnel衍射理论,分析了复色光源X射线光栅衍射效率.研究了X射线光栅不同材料、不同槽深、源的谱分布及不同占空比对衍射效率及成像质量的影响,给出这些参量的选择方法.主要考虑了各种参量对光栅0级及1级衍射强度的影响.发现高Z元素的物质不适合做X射线光栅材料,低Z元素Be、Si、Al及有机物PMMA等较适合18~30 keV波段的X射线光栅.源的谱分布决定了光栅槽深选择.数值计算给出了Si光栅各种参量的具体值.     

软X射线双频光栅剪切干涉法研究

本文中设计了一种利用软X射线双频光栅作为剪切干涉元件的剪切系统, 使剪切干涉法在软X射线波段得到了应用. 介绍了软X射线双频光栅的结构及衍射特性, 在同步辐射光束线对双频光栅的效率分布进行了测试实验, 两个剪切级次的效率比值高于75%, 干扰级次效率低于5%. 利用软X射线双频光栅为剪切干涉光学元件, 对待测靶进行了静态检测, 得到了对比度高, 稳定的干涉条纹, 验证了该方法在软X射线等离子体密度诊断中的可行性. 关键词： 双频光栅 剪切干涉仪 软X射线 等离子体诊断     

X射线光栅相位成像的理论和方法

通过对X射线光栅相位衬度成像实验装置的理论分析,提出了光栅位移曲线的表达式,推导出了X射线光栅相位衬度成像方程.根据该成像方程,提出了基于光栅成像相位提取方法.这些理论结果将简化光栅相位衬度成像实验步骤,提高信息获取效率,并为X射线光栅相位衬度成像和计算机断层成像的结合,进一步提出光栅相位衬度CT的简化理论奠定基础. 关键词： X射线 相位衬度成像 光栅衍射 Talbot效应     

2000lp/mm X射线透射变栅距光栅的研究

针对X射线透射光栅摄谱仪中对高线密度聚焦变栅距光栅的需要,利用电子束光刻技术,研制了X射线透射变栅距光栅。利用变栅距光栅的自动生成宏文件程序,优化设计了变栅距光栅的版图,然后利用电子束光刻和微电镀技术在聚酰亚胺薄膜底衬上制备了X射线透射变栅距光栅。制作出中心线数为2000lp/mmX射线透射变栅距光栅,栅距变化符合设计要求。衍射效率标定的结果表明,制备的变栅距光栅在中心波长处聚焦作用明显,可以大幅提高衍射光强度和光栅的分辨本领,具有重要的应用价值。     

3333lp/mm X射线透射光栅的研制

针对X射线透射光栅摄谱仪中的高线密度光栅,研究了采用电子束曝光和X射线曝光技术结合制作高线密度X射线透射光栅的工艺技术.首先利用电子束曝光和微电镀技术在镂空的薄膜上制备母光栅X射线掩模版,然后利用X射线曝光和微电镀技术小批量复制光栅.在国内首次完成了3333lp/mm X射线透射光栅的研制,栅线宽度为150nm,周期为300nm,金吸收体厚度为500nm.衍射效率标定的结果表明,该光栅的占空比合理、侧壁陡直,具有良好的色散特性,能够满足空间探测、同步辐射和变等离子诊断等多个领域的应用.     

2000 l/mm X射线镂空透射光栅的制备研究

在满足工艺要求的前提下,通过模拟光栅衍射,设计出镂空透射光栅模型,在此基础上将电子束和X射线光刻技术相结合,研究了制造2000 l/mm X射线镂空透射光栅的新工艺技术.首先利用电子束光刻和微电镀技术在镂空聚酰亚胺薄膜底衬上制备X射线母光栅掩模.然后利用X射线光刻和微电镀技术实现了光栅图形的复制,之后采用紫外光刻和微电镀技术制作加强筋结构,最后通过腐蚀体硅和等离子体刻蚀聚酰亚胺完成镂空透射光栅的制作.从此新的制造工艺结果上来看.制备的光栅栅线平滑,占空比合理,侧壁陡直,不同光栅之间一致性好,完全可以满足应用需求,充分表明了该制造技术是透射式X射线衍射光学元件制造的良好选择.     

2000 1/mm X射线镂空透射光栅的制备研究

在满足工艺要求的前提下,通过模拟光栅衍射,设计出镂空透射光栅模型,在此基础上将电子束和X射线光刻技术相结合,研究了制造2000 1/mm X射线镂空透射光栅的新工艺技术.首先利用电子束光刻和微电镀技术在镂空聚酰亚胺薄膜底衬上制备X射线母光栅掩模.然后利用X射线光刻和微电镀技术实现了光栅图形的复制,之后采用紫外光刻和微电镀技术制作加强筋结构,最后通过腐蚀体硅和等离子体刻蚀聚酰亚胺完成镂空透射光栅的制作.从此新的制造工艺结果上来看.制备的光栅栅线平滑,占空比合理,侧壁陡直,不同光栅之间一致性好,完全可以满足应用需求,充分表明了该制造技术是透射式X射线衍射光学元件制造的良好选择.     

无吸收光栅的X射线相位衬度成像实验研究

通过对基于空间相干源和具有分析光栅功能的X射线转换屏的微分干涉X射线相位衬度成像 系统的理论分析, 利用线发射体阵列结构阳极X射线管和光助电化学刻蚀技术 研制的相位光栅和具有分析光栅功能的X射线转换屏, 组建了一种无吸收光栅的X射线微分干涉相衬成像系统. 在此系统上开展了生物样品的实验研究, 获得了较传统吸收成像更为清晰和更多样品结构信息的相位衬度图像. 从而试验验证了该系统方案设计的可行性, 为X射线相衬成像技术从实验室走向临床应用提供了有效途径.     

Transient gratings in a nonlinear medium

The excitation of a phase transient grating induced by two equal pulses from the same laser, which intersect in a nonlinear (cubic) medium, is considered theoretically. The grating parameters are calculated. The grating amplitude is shown to be spatially non-uniform and to be described by the pulse autocorrelation function, a display of the pulse coherence and of the two-pulse interference pattern. The diffraction problem of the induced grating is then solved using the electrodynamic perturbation theory. The diffraction efficiency of the grating is calculated. It is shown that the measurement of the spectral intensity of the probe light diffracted from the induced grating enables the complete computation of the grating amplitude. Such a measurement may be carried out for the whole of the time of grating decay after the excitation of the grating. Some possible applications of the induced grating are considered. The medium parameters and the autocorrelation trace of the single pulse may be determined. The shape and duration of a bandwidth-limited pulse or the spectrum of an arbitrary one are shown to be measurable.     

反射式单级衍射光栅

介绍了单级衍射光栅的发展趋势, 从理论上论证了单级衍射光栅的可行性, 引入了一种新型衍射光学元件—-准正弦反射式单级衍射光栅(QSRG). 它能有效抑制高级衍射, 可用于提高光谱系统的信噪比和精度. 而通过QSRG的实验结果也验证了此新型色散元件确实具有良好的单级衍射特性, 二级及以上的高级衍射被有效地抑制, 与理论预测几乎一致. 本文的结果可望在反射式光谱测量系统中得到广泛应用.     

透射式矩形相位光栅的衍射光谱分析

提出了一种计算透射式矩形相位光栅衍射场的简便方法,计算并分析了透射式矩形相位光栅的衍射光谱,给出了相位光栅的衍射光谱与光栅材料的折射率、光栅厚度和入射波长的关系,得到了把衍射光能量集中到1级光谱的条件;并在相位光栅的应用方面作了探讨.     

双光栅衍射场的干涉效应

双光栅衍射场的干涉效应既具有理论研究价值又具有很实际的应用价值.本文利用波前相因子分析法,推导出了双余弦光栅夫琅禾费衍射场的理论结果;分析了当两个光栅在横向有相对运动时,各级衍射斑光强的变化规律.通过实验观测映证了光强变化与数值计算结果是一致的.这一理论结果是双光栅衍射类实验设计的基础,而这类实验可以用于测量微小振动的振幅和频率.     

光栅周期包含的Bragg层数对Bragg型凹面衍射光栅的影响

单个衍射光栅周期所包含的Bragg周期层数是连续Bragg齿型凹面衍射光栅的主要参数之一,该参数可改变光栅齿结构,对凹面衍射光栅的分辨力.自由光谱范围及衍射效率有重要影响.本文通过理论分析与仿真模拟,对比了4种不同层数的Bragg型凹面衍射光栅的特性参数.研究结果表明:在衍射光栅尺寸不变的情况下,改变单个光栅周期包含的Bragg周期层数不会显著提高器件主衍射级次的分辨力;单个光栅周期包含的Bragg周期层数与光栅可衍射的级次数成正相关.单周期层数的Bragg凹面衍射光栅的主衍射级次效率最高,其可衍射的级次数最少,且其他衍射级次分散的能量最少;增加单个光栅周期所包含的Bragg周期层数会降低主衍射级次的自由光谱范围.该研究对于设计低插损、高分辨率、宽工作波段的波分复用器或光栅光谱仪具有重要的指导意义.     

光谱分析方法测试GMLM微间距的实验和方法推广

基于MEMS的光栅平动式光调制器(GMLM)依靠结构中可动光栅和下反射镜之间的微间距的变化来实现光的调制作用,被应用于显示领域。可动光栅和下反射镜之间的微间距是一个关键的参数,传统的测试方法如台阶仪等要破坏结构,WYKO白光干涉仪测量成本高,所以要寻求一种测试成本较低、测量精度较高的测试方法。文章采用非接触的波长扫描式光谱分析方法进行了GMLM可动光栅和下反射镜之间的微间距测试实验研究。实验表明：实验结果和理论分析吻合,验证了理论模型的正确性;对比WYKO白光干涉仪测试,该方法的相对测试误差小于1%;具有很好的重复性。对该光谱分析方法进行了推广,从理论上推导了该方法可以实现准动态测量GMLM器件吸合电压、共振频率以及其他基于衍射/干涉的MEMS器件的微小间距测试等。     

Analysis on diffraction properties of the transmission phase grating

Diffraction properties of the transmission phase grating are analyzed in terms of the Fourier optics theory. The analysis results show that the diffraction intensity distribution of the transmission phase grating is closely related to the optical thickness of the grating and the wavelength of the incident light, and not only determined by the grating's period and slit width. For monochromatic incident light, more than 80% of the diffraction energy will concentrate to the first diffraction order under certain conditions. For white incident light, the energy of the first order of diffraction spectrum may be much higher than other orders. Based on these results, some possible applications of the transmission phase grating are discussed.     

“动栅式”分光计的设计与实验研究

采用逆向思维的方式,设计了"动栅式"分光计,观测了汞灯部分谱线的衍射图谱,推导出光源波长与光栅转角θ的关系,实验结果与数据模拟和汞灯标称谱线相吻合.     

High efficiency terahertz diffraction grating with trapezoidal elements

A newly designed grating used in terahertz region is proposed, which is composed of the trapezoidal elements repeated successively along one dimension of the substrate, and uniform interval(the grating period) repeated along the other dimension. The transmission of the grating owns a designable trapezoidal profile dependent on the geometric dimensions of the element. The far-field diffraction patterns of a designed grating at incident broadband terahertz frequencies, with element dimensions of upper, lower side and period of 50, 250, and 300 μm, respectively, are simulated by the scalar diffraction theory. The simulation results indicate that the terahertz grating exhibits a property of single-order diffraction,and the diffraction efficiency of the first order reaches 6.6%, exceeding that of a traditional sinusoidal amplitude grating with identical period and duty cycle. Owing to the regular architecture and the high single-order diffraction efficiency, the grating is easy to fabricate and shows great potential applications in single-shot spectral measurements of weak broadband terahertz pulse.     

大口径多层介质膜光栅衍射效率测量及其在制作工艺中的应用

多层介质膜光栅是高功率激光系统的关键光学元件.为了满足国内强激光系统的迫切需求, 在大口径多层介质膜光栅的研制过程中,建立了单波长自准直条件下的衍射效率测量方法及其误差分析. 结果表明误差主要由探测器的噪声和测试人员的差异产生,对衍射效率测试精度的影响是±1%. 在此基础上,将光栅衍射效率及其分布测量技术应用于光栅制作工艺中, 作为大口径光栅无损检测的一种手段,如判断光栅掩模是否能进行离子束刻蚀、 离子束刻蚀的在线监测和是否需要再刻蚀,从而实现对大口径多层介质膜光栅离子束刻蚀过程的定量、 科学控制,提高了离子束刻蚀光栅制作工艺的成功率.利用上述技术,已成功研制出多块最大尺寸为 430 mm× 350 mm、线密度1740线/mm、平均衍射效率大于95%的多层介质膜光栅. 实验结果表明,该方法操作简单、测量快速准确,不必检测光栅微结构. 为大口径多层介质膜光栅研制的无损检测工程化奠定了基础.