全息离子束刻蚀衍射光栅

全息离子束刻蚀衍射光栅集中了机械刻划光栅的高效率和全息光栅的无鬼线、低杂散光、高信噪比的优点．全息离子束刻蚀已作为常规工艺手段应用于真空紫外及软x射线衍射光栅的制作．文章对全息离子束刻蚀衍射光栅的制作方法、主要类型、研究现状和应用进行了综述．     

HfO2顶层多层介质膜脉宽压缩光栅的离子束刻蚀

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,首先利用考夫曼型离子束刻蚀机开展了HfO₂顶层多层介质膜脉宽压缩光栅的离子束刻蚀实验研究. 采用纯Ar及Ar和CHF₃混合气体作为工作气体进行离子束刻蚀实验,获得了优化的离子源工作参数. 结果表明,与纯Ar离子束刻蚀相比,Ar和CHF₃混合气体离子束刻蚀时的HfO₂/光刻胶的选择比大. HfO₂的离子束刻蚀过程中再沉积效应明显,导致刻蚀光栅占宽比变大. 根据刻蚀速率分布制作的掩模遮挡板可以提高刻蚀速率均匀性,及时清洗离子源和更换灯丝,可保证刻蚀工艺的重复性. 利用上述技术已成功研制出多块最大尺寸为80 mm×150 mm、线密度1480线/mm、平均衍射效率大于95%的HfO₂顶层多层介质膜脉宽压缩光栅. 实验结果与理论设计一致,为大口径多层介质膜脉宽压缩光栅的离子束刻蚀提供了有益参考. 关键词： 光栅 多层介质膜 离子束刻蚀     

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.     

Ar+离子束刻蚀制作凸面闪耀光栅

凸面闪耀光栅是研制高光谱分辨率超光谱成像系统的关键器件之一.由于要求的闪耀角度一般较小,制作工艺难度大,其衍射效率与理论值有较大差距,一直制约其应用.针对上述问题与难点进行了分析,通过光刻胶光栅掩模制作和Ar<'+>离子束刻蚀等工艺制作了凸面闪耀光栅.针对离子束大掠入射刻蚀凸球面时槽形闪耀角不易一致的难题,利用转动扫描...     

反应离子束微细加工全息闪耀光栅研究

本文报道以无透镜傅里叶全息术变换记录的全息光栅作掩膜,应用反应离子束入射角控制光栅闪耀角,选择了合适刻蚀工艺参数,制得衍射效率为67%的SiO_2全息闪耀光栅。     

角分辨光电子能谱光束线1200line/mm光栅研制

国家同步辐射实验室新建了覆盖5～40 eV的低能区高分辨率角分辨光电子能谱光束线.其球面光栅单色仪包含了三块光栅,即300,600和1200 line/mm球面层式(Laminar)光栅.采用全息离子束刻蚀工艺,在硅光栅基片上成功地刻蚀出1200 line/mm、占空比0.35、槽深35 nm、有效刻划面积大于120 ...     

提高离子束刻蚀亚微米光栅侧壁陡直度的方法

现代亚微米光栅的应用通常要求栅脊侧壁陡直。通过比较两种配备不同离子源的刻蚀机的反应离子束刻蚀结果,认为影响亚微米光栅侧壁陡直度的一个重要因素是离子束发散角(束散角),且小束散角有利于获得陡直的光栅侧壁。国内应用最广泛的双栅考夫曼刻蚀机束散角较大(大于13°),致使用常规方法获得的熔石英光栅的侧壁倾角仅为77°。针对此刻蚀机,尝试了三种提高侧壁陡直度的方法:旋转倾斜刻蚀法、交替倾斜刻蚀法和二次金属掩模法,分别把侧壁倾角提高到86°、86°和82°。最后从掩模侧壁收缩速率和槽底部与顶部离子通量的差异对束散角对侧壁陡直度的影响给予解释,并说明了上述三种方法的工作机理。     

摆动刻蚀法制作高衍射效率凸面闪耀光栅

通过摆动离子束刻蚀方法,制作了用于短波红外高光谱成像光谱仪的凸面闪耀光栅。该方法通过在光栅子午方向上进行摆动刻蚀,解决了凸面光栅子午方向的闪耀角一致性问题。建立了摆动刻蚀模型来分析摆动速度、束缝宽度等工艺参数对槽型演化的影响,并计算了优化的刻蚀工艺参数。制备了基底尺寸为67 mm,曲率半径为156.88 mm,刻线密度为45.5 gr/mm,闪耀角为2.2°的凸面闪耀光栅,并对其表面形貌及衍射效率进行了测量。实验结果表明,摆动刻蚀法能够制作出闪耀角一致性好、衍射效率高的小闪耀角凸面光栅,满足成像光谱仪对光谱分辨率和便携性的使用要求。     

自支撑软X射线针孔透射光栅研究

本文报道了在研制聚酰亚胺衬底的软Ｘ射线透射光栅的基础上＾［１］，采用全息－离子束刻蚀方法和微电镀技术研制成功了无衬底自支撑的软Ｘ射线针孔透射光栅，简要地介绍了工艺过程并给出了实验结果。     

同步辐射Laminar光栅的研制

采用全息离子束刻蚀和反应离子刻蚀相结合的新工艺 ,在熔石英基片上成功地刻蚀出 2 0 0l/mm、线空比 4:6、槽深 70nm、刻划面积 60× 2 0mm2 的浅槽矩形Laminar光栅。对改进光栅线条粗糙度和线空比的方法进行了系统的研究。这一新工艺相对简单 ,降低了对干涉系统光学元件和全息曝光显影的严格要求     

基于分光计的光栅光谱特性研究

在分光计上,观察并测试了不同光栅常数的光栅在汞光源下的光谱,探究光栅的分辨能力与光栅常数之间的关系。实验结果表明,在光栅有效使用宽度一定的情况下,随着光栅常数的减小,光栅的色分辨本领R和角色散率D都大幅提高,光栅的分辨能力提高。因此,在技术许可的条件下,减少光栅常数d是提高光栅色分辨本领的有效措施,这对光栅的制作和选用以及相关领域的发展具有较好的指导作用。     

均值量化与中值量化光栅性能的理论研究

对相移技术的投影栅相位法的传统中值量化方法提出改进,设计和制作出小误差、低高阶谐波的均值量化光栅.理论讨论了相位值、离散等级和量化等级等因素对两种量化光栅性能的影响;在标准偏差和频谱分布两方面比较后,得出均值量化光栅性能优于中值量化光栅且更接近正弦光栅的结论.     

柱面光栅色散特性及其应用

 基于椭球面光栅理论,提出柱面光栅概念,并对其衍射特性和集光本领进行研究。结果表明：在掠入射条件下凹柱面光栅具有与凹球面光栅相似的衍射特性,但凹柱面光栅可以方便地沿光栅母线方向划分成若干相同部分独立工作,因此,安装水平隔板的掠入射凹柱面光栅单色仪可以用于托卡马克等离子体的真空紫外（VUV）光谱时空分辨测量。     

光纤光栅F-P干涉仪在轴向应变作用下的参量变化

对光纤光栅F P干涉仪在轴向应变作用下的透射率、峰值波长、光谱半宽度、工作模式等参量的变化进行了分析。发现光纤光栅F P干涉仪的透射率和光谱半宽度对轴向应变十分敏感,而F P腔的中心波长和工作模式却变化较小。当腔长与栅长之比小于0 3时,应力变化对工作模式的影响较小。     

刻线误差与面型误差对平面光栅光谱性能影响的二维快速傅里叶变换分析方法

光栅刻线误差与基底面型误差影响平面光栅衍射波前、分辨本领、鬼线、卫线及杂散光等光谱性能,研究光栅性能指标与光栅刻线误差及基底加工误差之间的因果关系,对提高光栅质量极为重要。根据光栅衍射中产生的源于刻线误差与面型误差的光程差,推导出了在光栅锥面衍射情况下的光栅刻线误差、基底面型误差、入射角θ、衍射级次m与衍射波前关系的数学表达式,得到构建非理想光栅衍射波前的理论模型。以理论模型为依据,采用干涉仪测量光栅对称级次衍射波前,实现在测量结果中对光栅刻线误差与基底面型误差的分离,并基于二维快速傅里叶变换分析光栅衍射波前,考察了刻线误差与面型误差对光栅性能指标的影响。借助此方法通过重构的光栅衍射波前,分析光栅分辨本领、鬼线等光谱性能,还可以反演光栅全表面刻线误差与面型误差的大小,为光栅基底加工、光栅制造和使用技术提供理论依据。     

基准光栅重构傅里叶变换轮廓术

应用傅里叶轮廓变换术进行三维形貌测量中,为了获得待测物体的高度相位信息,通常需要采集两幅图像.因此当光学系统发牛变动时,必须重新采集基准光栅图像,不利于快速测量.提出一种从变形光栅图像中获取基准光栅图像信息的测量方法.首先在变形光栅图像中记录基准光栅信息,然后通过傅里叶分析提取基准光栅频率信息,通过图像分析获得基准光栅相位信息,最后重构出一幅完整的基准光栅图像,实现三维物体形貌测量.实验结果验证了该方法的可行的.     

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.     

"之"字形光栅衍射特性的数值模拟研究

新近提出的光学色散元件"之"字形光栅具有优越的衍射特征,在光谱测量和分析中具有重要的应用价值.本文基于卷积定理,采用一种新的数值计算方法对应用于X射线波段的"之"字形光栅的衍射模式进行了模拟计算,并将其衍射模式与传统光栅以及正弦光栅的衍射模式进行了比对研究,结果表明:"之"字形光栅可以将高级衍射抑制到低于一级衍射四个量级的水平,具有比传统光栅优越得多的衍射模式,与理论预期结果一致.在此基础上,又分析了实际应用过程中吸收体对X射线的吸收情况给"之"字形光栅衍射模式带来的影响,最终证实了"之"字形光栅具有较强 关键词： 之字形光栅 卷积定理 衍射模式 光谱测量     

紫外刻划光栅母版及二代版衍射特性的模拟与分析

运用微分理论对刻线密度为1200 lp/mm的紫外刻划光栅母版及其二代复制版的衍射特性做了模拟,指出了二者之间存在的差异,并与测试结果做了对照。数值模拟表明,紫外刻划光栅二代复制版的衍射特性与其母版略有不同,原因是光栅槽形发生了改变,分别给出了采用多项式拟合槽形函数和傅里叶级数拟合槽形函数的方法。此理论分析方法为澄清光栅复制工艺中的争议完善翻版技术以及寻找提高紫外光栅衍射效率的途径提供了很好的理论参考依据。     

衍射式光栅干涉测量系统发展现状及趋势

在车间条件下操作时,光栅干涉仪在测量精度方面优于He-Ne激光干涉仪.基于光栅干涉测量系统有一些特别的优点,导致其在高精密测量中用途不断增加.阐述了衍射式光栅干涉测量系统的工作原理和特点,同时详细总结了国际上生产和研究衍射光栅干涉测量系统的厂家和研究机构及他们的产品.并指出该系统的发展趋势和存在的问题,为衍射式光栅测量...