用长程面形仪对变线距光栅的线密度进行拼接测量

随着同步辐射光源中光束线的分辨率不断提高,衍射光栅成为影响分辨率的关键因素,因此,在将光栅安装到光束线之前,需要进行准确的测试。用长程面形仪测量合肥光源光电子能谱线所需的变线距光栅的线密度,光栅衍射角变化范围超出长程面形仪的测量范围,因此采用拼接测量。用数据重叠测试及数据处理方法,消除了转台定位误差,有效抑制了随机误差,使光栅周期测量的重复性有较大提高。不同重叠率的测试结果显示,测量一致性优于1.13×10^-6(RMS),满足了变线距光栅的测试需求。     

软X射线全息平焦场光栅的条纹弯曲现象及其对光谱分辨率的影响

软X射线平焦场光栅光谱仪是等离子体诊断的重要仪器,其核心光学元件全息平焦场光栅通常采用非球面波记录光路制作,因此光栅条纹存在弯曲的现象.光栅条纹的弯曲会影响光谱成像质量,从而影响系统的光谱分辨率.记录光路的优化,只保证光栅子午面的线密度分布,因此优化的记录光路并不是惟一的,所以在保证子午面的线密度分布的同时能制作具有不同弯曲程度条纹的光栅.针对应用于0.8—6 nm的全息平焦场光栅,利用光线追迹方法分析了不同弯曲程度条纹光栅的光谱成像,发现采用柱面反射镜制作的接近于直条纹的光栅具有较好的光谱成像质量.相对于弯曲条纹的光栅,接近于直条纹的光栅理论光谱分辨率有明显的提高,入射波长为3 nm时,光谱分辨率从626提升到953,入射波长为5 nm时,光谱分辨率从635提高到1222.     

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     

用于光学位移传感器的新型数字编码光栅尺的制作

介绍了数字编码光栅尺的结构设计并提出一种制作方法.采用紫外对准光刻、全息光刻及湿法腐蚀结合在(100)硅片上制作母光栅尺,并以具有紫外固化特性的聚氨酯丙烯酸酯为材料,将母光栅尺复制到硬基底上.实验表明,该工艺可重复性高,复制光栅尺的衍射效率高于母光栅尺的90％,并能承受航空环境-55℃～70℃的高低温冲击.光栅尺的制作准确度满足传感器的要求,信号响应准确率100％.该方法可对具有准确度高、图形复杂、工作环境恶劣等特点的微纳米结构的制作提供借鉴.     

软X射线并联平场光栅的设计

为了拓宽软X射线平场全息凹面光栅的工作波段,提出了并联平场全息凹面光栅的优化设计方法。利用遗传算法,将两块工作波段不同的平场光栅设计在同一基底上。两块平场光栅的工作波段分别为2~5nm和5~30nm,两者使用结构完全相同。应用光线追迹的方法,研究了并联平场光栅的分辨特性,其分辨率与现有商用平场光栅的分辨率相当。基于光程函数理论,给出了并联平场光栅的制作光路,理论设计值和光路优化值的线密度偏差在±1line/mm以内。数值模拟结果显示,并联平场光栅既拓宽了工作波段,又保证了分辨率与现有平场光栅分辨率相当,其设计适用于记录更宽波段的软X射线光谱。     

Flexible subwavelength gratings fabricated by reversal soft UV nanoimprint

We present a replication process, named reversal soft ultraviolet (UV) nanoimprint, to fabricate a high- aspect-ratio flexible subwavelength grating (SWG) on a polyurethane acrylate (PUA). This nanopatterning technique consists of casting, reversal UV imprint, and dry release. The UV curing process of PUA to avoid pattern collapse is investigated. Revalpha film acts as the supporting and sacrificial layer during the whole process due to its special surface energy property. The free-standing PUA structures with a period of 200 nm and a depth of 350 nm can be automatically released from the Revalpha film by heating. The PUA resist is well suited to replicate fine patterns of the mold with high aspect ratio and large area precisely and uniformly for low surface energy and low viscosity. The measured transmittance is compared with the calculation results based on rigorous coupled-wave analysis in the wavelength region ranging from 500 to 800 nm. The experimental results agree well with the theoretical calculations.     

带有实时温度补偿功能的微型光谱仪研制

解调飞机上变栅距光栅位移传感器的微型光谱仪在受到严重的高低温冲击后会出现温度漂移。针对航空领域中变栅距光栅位移传感器的解调系统研制了一种具有实时温度补偿功能的微型光纤光谱仪。为了实现实时温度补偿,分析了温度变化对微型光谱仪的影响,并对传统的交叉式Czerny-Turner光路进行了优化,用ZEMAX软件模拟得到：在相同的受热产生的变形条件下,优化的C-T光路光谱漂移量相比优化前的更小且整体漂移线性度更好。在此基础上提出了一种引入参考光来实现实时温度补偿的方法,并最终基于改进的C-T光路制作了一个体积为80 mm×70 mm×70 mm、工作波段在500～1 000 nm、积分时间为8 ms～1 000 ms、光学分辨率约为2 nm的微型光纤光谱仪,用实验验证了优化的C-T光路的光谱温度漂移情况及温度补偿方案的可行性。实验结果表明在近60 ℃范围内的温度冲击下,研制的微型光谱仪能够达到波长标准误差小于0.1 nm,波长最大误差小于传感器系统所要求的0.3 nm,满足初始的设计要求。该微型光谱仪的创新之处在于采用了优化的交叉式C-T光路作为色散系统且基于引入参考光的方法实现了实时温度补偿功能。     

电子束光刻-近场全息法制作平焦场光栅的误差分析及补偿方法

在激光等离子体诊断等领域中,以平焦场光栅为核心器件的软X射线光谱仪发挥着重要作用。利用电子束光刻-近场全息法制作的平焦场光栅兼具电子束光刻线密度变化灵活,以及全息光栅低杂散光、抑制高次谐波等的特点。采用光线追迹方法分析电子束光刻-近场全息法制作平焦场光栅的主要制作误差对其光谱成像特性的影响。结果表明:电子束光刻制备熔石英掩模和近场全息图形转移过程的制作误差均会导致谱线展宽;以目前应用较多的软X射线平焦场光栅(中心线密度为2400line/mm、工作波段在0.8~6.0nm)为例,当熔石英掩模在光栅矢量方向的长度为50mm时,电子束光刻分区数目应保证在1500以上;熔石英掩模线密度偏差引入的谱线展宽可以通过调整近场全息制作参数来消除;确定了近场全息中的两个主要影响因素——熔石英掩模与光栅基底的间距和夹角;近场全息中各误差因素之间有相互补偿的效果,故除了尽可能消除制备过程中的每一种制作误差外,也可以通过优化不同误差之间的分配来降低制备误差。本研究对优化电子束直写掩模策略、降低掩模制作难度、设计和调整近场全息光路有重要帮助。