宽带镀金正弦光栅

为了满足强激光系统中大尺寸镀金光栅对糟深均匀性的要求,采用梯形光栅-涂胶-离子束溅射镀膜和全息光刻-离子束溅射镀膜两种方法,分别制作了线密度为1 740线/mm,槽深为210 nm的宽带镀金正弦光栅.测得其TM波、-1级自准值平均衍射效率在750～850 nm范围内大于87％,最高可达90％.这两种方法易控制光栅槽深,去掉光刻胶后基底可继续使用,且制作的光栅的衍射效率和带宽能满足国内一般宽带镀金脉冲压缩光栅的使用要求.     

软X射线位相型金透射光栅的设计与制作

根据衍射光栅的标量理论,计算并讨论了金透射光栅在软X波段衍射效率对光栅厚度和占宽比的依赖关系.结果表明,选择合适的光栅槽深和占宽比,高达 21.9%的衍射效率可能被获得,远高于振幅型光栅的+1级衍射效率10.14%.通过全息光刻与电镀转移技术制作的位相型金透射光栅由300nm的聚酰亚胺薄膜支撑,光栅槽深200nm,占宽比为0.55,周期为1μm,面积为20mm×5mm.在国家同步辐射装置上,测得其+1级透射衍射效率在波长λ=7.425nm时获得最大值,约为16%. 关键词： 透射位相光栅 全息光刻 电镀     

90°顶角中阶梯光栅的研制

结合单晶硅各向异性腐蚀和倾斜光刻技术,在14°斜切(110)单晶硅片上成功制作出90°顶角的中阶梯光栅。在1500~1600nm波段对其进行了闪耀级次衍射效率测量,测量结果的趋势与C方法计算结果基本吻合,其中在1500~1550nm波段光栅表现出良好的闪耀特性,效率为理论值的52%~75%,峰值约为58%。讨论并计算了制作工艺中的槽深误差对光栅闪耀级次衍射效率的影响。结果表明,在1500~1550nm波段,考虑槽深误差计算所得的理论闪耀级次衍射效率约为完美槽形计算效率的77%~85%。     

梯形介质膜光栅衍射特性分析

基于严格耦合波理论建立了梯形介质膜光栅的衍射机理模型,利用该模型讨论了底角为70°的梯形介质膜光栅-1级的衍射行为.通过对梯形介质膜光栅的占空比、槽深和剩余厚度的优化,设计了应用于1053 nm和51.2°角度入射的梯形介质膜光栅.对于顶层为HfO2的介质膜光栅,当槽深为200 nm,剩余厚度为100 nm,占空比为0.35时.其衍射效率优于99.5%,而对于顶层为SiO2的梯形光栅,为获得99.5%的衍射效率.其槽深为800 nm,剩余厚度为320 nm.而且,获得同样的衍射效率,顶层为HfO2的梯形光栅具有更宽的光谱特性.数值计算表明,严格耦合波理论模型对梯形介质膜光栅衍射效率的计算具有很好的收敛性和稳定性.     

色分离光栅镀膜减反技术研究

 根据惯性约束聚变系统技术要求，提出一种镀膜减反方案，以解决现有光栅由于元件表面反射影响衍射效率的问题。对色分离光栅镀膜减反技术进行了详细的分析，根据标量理论给出了镀膜光栅的各项技术要求，优化了光栅结构参数。模拟计算结果发现，光栅表面反射几乎完全消除，表明可以通过色分离光栅镀膜减反提高衍射效率的目的。该镀膜光栅刻槽深度的优化值为2.84μm，膜厚为等效1/4波长，即71.2nm。     

纳秒激光刻蚀玻璃基质铬薄膜直写微光栅结构

利用波长为351 nm的半导体泵浦全固态脉冲激光器,采用双光束干涉方法,对蒸镀在石英玻璃衬底上的铬薄膜直接刻蚀形成微光栅结构的方法进行了实验研究.通过实验,分析了激光能量和脉冲数与微光栅结构槽形和一级衍射效率之间的关系.利用光学显微镜和原子力显微镜检测分析光栅槽形,测得槽深为253 nm的最佳微光栅结构,并测得其在波长为532 nm的激光的一级衍射效率为6.5%.结果表明：在激光能量为1 150 μJ时,适当增加曝光脉冲数有利于提高制备光栅的槽深和一级衍射效率.     

纳秒激光刻蚀玻璃基质铬薄膜直写微光栅结构

利用波长为351 nm的半导体泵浦全固态脉冲激光器,采用双光束干涉方法,对蒸镀在石英玻璃衬底上的铬薄膜直接刻蚀形成微光栅结构的方法进行了实验研究.通过实验,分析了激光能量和脉冲数与微光栅结构槽形和一级衍射效率之间的关系.利用光学显微镜和原子力显微镜检测分析光栅槽形,测得槽深为253 nm的最佳微光栅结构,并测得其在波长为532 nm的激光的一级衍射效率为6.5%.结果表明:在激光能量为1 150 μJ时,适当增加曝光脉冲数有利于提高制备光栅的槽深和一级衍射效率.     

高效全偏振矩形闪耀光栅的设计(英文)

入射光在光栅内传输时将激发产生离散模.本文采用模态法调节光栅内离散模的传输特性,使TE和TM偏振光所激发的0、1模为传输模,其余高阶模为消逝模.通过调控0模和1模间的累积相位差,对衍射光进行调控,实现了-1级近100%的高效衍射.采用模态法分三部设计了共振域的矩形全偏振闪耀光栅:1)根据光栅的共振条件给出光栅周期,光栅周期越大槽深越小;2)根据特征模方程计算出光栅占空比;3)根据耦合模条件计算机光栅槽深.实验结果表明,该光栅的TE和TM偏振光同时具备近100%的-1级衍射效率.给出了633nm波长-1级矩形石英全偏振闪耀光栅的典型设计实例,计算结果表明:所设计的全偏振闪耀光栅对TE和TM偏振入射光的-1级衍射效率分别高达96.7%和98.1%,且具有较宽的入射角及入射波长的变化适应范围,较大的制作容差.     

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.     

镍金属表面双光束激光干涉直写研究

利用波长为351 nm的半导体抽运全固态脉冲激光器,采用双光束干涉方法,对金属镍板表面直接刻蚀形成微光栅结构的方法进行了实验研究.通过改变激光功率和激光脉冲数等实验参量,研究其对制备的微光栅结构槽形和一级衍射效率的影响.利用扫描电镜和原子力显微镜测量光栅槽形,测得光栅周期为1.25 μm,光栅槽深为10～280 nm,并测量了相应的衍射效率.发现当采用激光单脉冲能量为1.2 mJ,采用10个脉冲加工时,测得槽深为280 nm,一级衍射效率最高（18%）的微光栅结构.利用光栅的衍射理论对衍射效率变化进行了分析.该研究拓展了纳秒激光在加工微结构方面的应用,为在金属材料表面制作纳米压印模版提供了一种新方法.     

多光束纳秒紫外激光制作硅表面微结构

使用波长351 nm的半导体泵浦全固态脉冲激光器作为光源,经过位相光栅分束,形成干涉光场,在硅表面直接刻蚀微结构,制作了周期为0.55 μm,槽深可达55 nm的一维微光栅和周期为1.25 μm,刻蚀深度45 nm的正交微光栅结构.给出了微光栅形貌结构的扫描电子显微镜和原子力显微镜的测量结果.正交微光栅的一级衍射效率在1.8%～6.3%之间.该研究是改变硅表面微结构,优化硅材料特性的一种新方法,并扩展了大功率激光刻蚀在表面微加工领域的应用.     

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...     

应用互易定理优化法设计光通信光栅EI北大核心CSCD

光栅作为光通信系统中的色散型波分复用器,系统通常要求其在近掠入射条件下具有高衍射效率,传统设计方法给出的光栅闪耀角大,工艺上不易实现。基于光栅电磁场理论,提出用光栅互易定理计算光栅槽形初始值,结合衍射效率等高线法优化光栅槽形的设计方法—互易定理优化法。结果表明,C波段TM波-1级峰值衍射效率理论值为94.9%,测量值为92.1%。较传统光栅设计方法,互易定理优化法的应用降低了光通信光栅的制作难度,提高了衍射效率,为掠入射光栅的研制提供了更好的途径。     

亚微米光栅型导光板设计

提出了利用亚微米光栅制作导光板的方法,给出亚微米光栅型导光板的初始结构.用严格耦合波理论计算分析了在满足基底全反射条件的45°入射角下红(700 nm)、绿(555 nm)、蓝(465 nm)三色光垂直出射的亚微米光栅(0.651μm、0.516μm、0.433μm)在槽深0.05~0.9μm之间变化时,透射衍射效率在2%~43%之间变化.分析了亚微米光栅的作用,做出性能评价,并研究了特定范围入射角引起的衍射角变化.     

单级衍射量子点阵光栅的聚焦离子束直写法制备及光学性能检测

采用聚焦离子束直写技术,成功制作了面积为200μm×200μm,线密度500 mm 1,圆孔直径800 nm,金吸收体厚度为500 nm的单级衍射量子点阵光栅.研究了该光栅在波长442 nm激光下不同传输距离的衍射特性以及相对衍射效率.实验结果表明,量子点阵光栅不存在高级衍射,只保留了±1级和0级衍射,具有良好的单级衍射特性.1级衍射与0级衍射间距随传输距离的增大而增大,实测值与理论计算值相符.     

自支撑透射光栅的设计、制作和测试

采用标量衍射理论和严格耦合波理论分别计算和讨论了金自支撑透射光栅的衍射效率随波长和光栅周期变化的情况并设计了光栅的结构参数.制作了周期为300 nm、线宽/周期比为055、厚度为200 nm、总面积为1 mm×1 mm、有效面积比为65%的金自支撑透射光栅.在国家同步辐射实验室检测了该光栅在55—38 nm波长范围内的绝对衍射效率.检测结果表明所制作的光栅在8 nm附近具有接近10%的最大衍射效率,并且该光栅对于波长15—35 nm范围内的极紫外波段具有基本稳定的衍射效率.     

利用严格模式理论分析光栅透镜的衍射特性

光栅透镜因其独特的光学性能而具有广泛的应用.根据光栅透镜的线宽和间距微小渐变的特点,建立了光栅透镜的物理模型,并利用严格模式理论对其衍射特性进行分析.该方法物理概念清晰、公式简洁.对光栅透镜实现谐波分离、聚焦功能时的衍射效率与槽深关系的计算结果表明,其计算速度快、数值计算结果准确可靠.并对加工误差的影响进行了模拟计算,说明了在当前的微细加工的工艺水平条件下,能够制作出满足ICF系统要求的光栅透镜.实验上制作了尺寸为100 mm的大面积光栅透镜,其衍射效率的实验测试结果与理论计算结果一致.     

自支撑透射光栅的设计、制作和测试

采用标量衍射理论和严格耦合波理论分别计算和讨论了金自支撑透射光栅的衍射效率随波长和光栅周期变化的情况并设计了光栅的结构参数.制作了周期为300 nm、线宽/周期比为055、厚度为200 nm、总面积为1 mm×1 mm、有效面积比为65%的金自支撑透射光栅.在国家同步辐射实验室检测了该光栅在55—38 nm波长范围内的绝对衍射效率.检测结果表明所制作的光栅在8 nm附近具有接近10%的最大衍射效率,并且该光栅对于波长15—35 nm范围内的极紫外波段具有基本稳定的衍射效率. 关键词： 自支撑透射光栅 电子束光刻 电镀     

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。     

用于高能啁啾脉冲压缩的光子晶体光栅的设计

 为了克服目前高能短脉冲装置压缩光栅的损伤阈值无法满足要求的问题,针对星光Ⅲ装置皮秒激光束的压缩器,设计了由熔石英材料构成的、具有较高损伤阈值的光子晶体光栅,该光栅由2维光子晶体和表面光栅结构两部分组成,具有高反射效率和强角色散的能力。计算结果显示:经过优化设计的光子晶体光栅在波长1 053 nm,57°～77°的入射范围内,-1级衍射效率超过了92%,而当入射角为71°时,在1 040～1 090 nm光谱范围内,-1级衍射效率超过92%,性能满足使用要求。