基底温度对中阶梯光栅厚铝膜质量的影响

大尺寸中阶梯光栅具有大孔径和极高的衍射级次,可以实现普通光栅难以达到的极高光谱分辨率。中阶梯光栅通常是利用刻划机在厚铝膜上刻划而成,所以制备大面积均匀性的高质量铝膜刻划基底是实现高性能大尺寸中阶梯光栅的关键因素。在较厚铝膜的制备工艺中,基底温度是至关重要的工艺参数。本文通过电子束热蒸发镀铝工艺在不同基底温度下制备了厚铝膜样品,并利用原子力显微镜、扫描电镜等手段从宏观和微观尺度详细分析了基底温度对铝膜质量的影响。铝膜平均晶粒尺寸从100℃时的264.34 nm增大到200℃时的384.97 nm和300℃时的596.35 nm,表面粗糙度Rq从100℃时的34.7 nm增长到200℃时的58.9 nm和300℃时的95.1 nm。结果表明,随着基底温度的升高表面粗糙度迅速增大,铝膜的表面质量严重退化。     

热蒸发制备大口径铝膜的膜厚均匀性分析

研究了1.1m大口径镀膜机热蒸发制备金属铝膜的膜厚均匀性问题,针对旋转平面夹具分析了夹具高度H以及蒸发源与真空室中心轴距离L对铝膜膜厚均匀性的影响.当L=400mm,H/L=1.10时,膜厚均匀性最好,不均匀性为9.614％,不均匀性随H/L的值增大而增大.当H=500 mm,H/L=1.47时,膜厚均匀性最好,不均匀...     

基于中阶梯光栅光谱仪的激光诱导等离子体分析系统研究

为了满足激光诱导等离子体分析系统(LIPS)对分光系统的分辨率,光谱范围,体积等多方面要求。本文研制了一台中阶梯光栅光谱仪,该光谱仪能同时获得所有谱段范围内的光谱信息,令LIPS系统可实现快速在线实时分析。并且,该光谱仪采用可调节延迟时间的ICCD作为后端探测器,令整个系统可根据实际实验情况选择最优延迟时间接收光谱,提高了整个系统的信噪比。最后,搭建了一套激光诱导等离子体分析系统,对研制的中阶梯光栅光谱仪在系统中的可用性进行验证。通过对合金样品测试,整个系统的分辨率达0.02 nm,光谱范围覆盖190～600 nm。并且研制的LIPS系统光谱重复性较好,特征元素波长提取误差不超过0.01 nm,可较准确的对样品成分进行分析。     

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%。     

基于中阶梯光栅的波长定标方法研究

波长定标是仪器遥感数据定量化的前提和基础。针对星载大气微量成分探测仪视场大、波长宽、空间分辨率和波长分辨率高的特点,建立了基于中阶梯衍射光栅的波长定标装置。中阶梯光栅因其较少的线密度和较大的闪耀角工作在较高的闪耀级次,光谱范围宽且具有较高的分辨率,可在工作波段内一次性输出多条分布较为均匀的谱线,克服了传统定标方式的缺点,提高了定标精度。本文首先介绍了波长定标装置的工作原理,接着利用该装置对高光谱大气微量成份探测仪进行波长定标,通过寻峰和回归分析给出载荷的波长定标方程,并利用标准汞灯谱线对定标结果进行检验。结果表明:高光谱大气微量成份探测仪的像元和波长近似满足线性分布规律,定标不确定度为0.025 8 nm,汞灯特征谱线的定标值和标准值偏差最大不超过0.043 5 nm,证明了定标结果的准确性。     

用于激光诱导等离子体光谱分析的便携式中阶梯光栅光谱仪设计(英文)

激光诱导等离子体光谱分析技术是一种非接触式实时检测技术,它已成为一种新兴的物质成分与浓度分析手段,并在工业生产等领域有着重要应用。为了使激光诱导等离子体光谱分析技术在极短的时间内同时获得全面的光谱信息,本文设计了一款波段范围为180～400 nm的轻小型中阶梯光栅光谱仪。通过分析其光学性能,确定了系统的结构参数,并对像差进行了分析校正。对汞灯特征光谱进行了测试标定,仪器光谱分辨率在253.652 nm处可达0.036 8 nm,满足激光诱导光谱分析技术对仪器光学性能的需求。     

紫外光刻-湿法刻蚀硅中阶梯光栅的研制

湿法刻蚀技术作为中阶梯光栅的主要制备方法之一,具有制造成本低、周期短、杂光少、所制作光栅的闪耀角误差小等优点。为解决某高分辨率光谱仪在近红外波段（800～1100 nm）的分光需求,尝试选择70.52°槽顶角的湿法刻蚀硅中阶梯光栅来代替90°槽顶角的传统中阶梯光栅。依据（100）硅光栅的结构特点以及光学设计给出的光栅工作条件,利用有限元数值计算法求解电磁场分布,理论分析了硅中阶梯光栅在工作波段内多个级次的衍射特性。在此基础上,利用紫外光刻-湿法刻蚀技术,在单晶硅基底上制作了槽密度为42 lp/mm、闪耀角为54.74°、有效面积超过46 mm×28 mm的对称V形槽光栅,并根据制备实验结果分析讨论了工艺过程中硅光栅质量的重要影响因素。测试结果表明,该光栅在各工作级次对应闪耀波长下的衍射效率均在45%～55%范围内,满足指标要求。     

光栅式成像光谱仪空间均匀性测试研究

空间均匀性是成像光谱仪辐射定标的核心参数之一。通过对国内外均匀性测试方法研究,提出采用空间分布法对光栅式成像光谱仪的空间均匀性进行测试研究。该方法能准确给出各个位置点信号响应的详细分布,对于提高并改善光栅式成像光谱仪的图谱质量具有重要的意义。空间分布法建立在高稳定性、高均匀性标准光源的基础上,由计算机软件对测试结果进行图谱分离,提取同波长下空间响应信号获得光栅式成像光谱仪的空间均匀性。最后分析了空间均匀性测量不确定度的影响因素,并分析了空间均匀性对绝对辐射定标和光谱精度的影响。     

中阶梯光栅光谱仪信号光斑位置的质心提取算法

中阶梯光栅光谱仪二维谱图中,信号光斑位置的提取精度直接影响光谱分析精度,是中阶梯光栅光谱仪研制中的关键问题之一。为保证中阶梯光栅光谱仪的高分辨率特征(其分辨率一般为几千以上,本仪器光谱分辨率为15 000),信号光斑的位置提取误差应小于0.03mm(小于2个像素)。在分析中阶梯光栅光谱仪谱图特征的基础上,提出了一种基于质心法的信号光斑位置提取算法,即通过搜索信号光斑探测窗口进行光斑判读以及信号光斑质心计算,实现了信号光斑位置的精确读取。实验结果表明,采用该算法可以有效地去除噪声光斑的干扰,实现信号光斑位置的快速精确读取,位置提取误差小于2个像素,波长误差小于0.02nm,满足本仪器要求。     

中阶梯光栅刻划刀具抗磨损设计

采用DEFORM有限元分析软件模拟中阶梯光栅刻划刀具在光栅刻划过程中的应力分布,并结合金刚石晶体解理特征设计了抗磨损刀具刃口取向。当光栅刻划刀具刃尖点受最大摩擦力方向平行于金刚石晶体周期键连（PBC）方向,且刀具Z向载荷垂直于（111）晶面时,定向面与（111）晶面夹角为27°,非定向面与（111）晶面夹角为63°;光栅刻划刀具在72 g负载条件下,刻程超过17 km时,刀具刃口无崩口等缺陷。采用该方法设计的光栅刻划刀具使用寿命大大超出了传统刀具的使用寿命（刻程约0.8 km）,证明了中阶梯光栅刻划刀具抗磨损设计方法的合理性和有效性。     

大口径光学元件薄膜厚度均匀性修正

研究了2.2 m高真空箱式镀膜机镀膜时的实际膜厚分布情况。对非球面和平面光学元件,分别采用行星夹具和平面公转夹具并利用修正板调节膜厚均匀性。从实验上实现了大口径薄膜均匀性的调节,并获得较为理想的结果。口径在700 mm范围内,对于凹面均匀性可以控制在0.7%以内,平面均匀性在1%以内;口径在1 200 mm范围内凹面元件均匀性可控制在1%以内,平面1 300 mm口径以内窗口均匀性可控制在1%以内。镀制了口径在400~1 300 mm的多种天文观测上使用的反射镜、增透膜等,获得了理想的光谱曲线与较好的使用效果。     

用金刚石车削技术制备EOS实验用铝薄膜和铜薄膜

具有材料理论密度的金属薄膜对于材料高压状态方程(EOS)研究而言具有重要的意义。本文提出采用金刚石车削技术,利用超精密金刚石车床、金刚石圆弧刀具及真空吸附夹持技术,对纯铝和无氧铜进行端面车削,完成了EOS实验用铝薄膜和铜薄膜的车削加工,实现了薄膜密度接近材料理论密度。精加工工艺参数为：进给量0.001 mm/r,主轴转速3000 r/min,切削深度1 μm。采用Form Talysurf series 2型触针式轮廓仪进行测量,结果表明：铝薄膜、铜薄膜厚度可以达到小于10 μm水平,表面均方根粗糙度小于5 nm,原始最大轮廓峰-谷高度小于50 nm,厚度一致性好于99%。     

钛膜的电解抛光技术研究

分析了硫酸、硝酸、氢氟酸;硫酸、乙酸、氢氟酸;乙醇、正丁醇、氯化锌、氯化铝;高氯酸、乙酸;硫酸、甲醇这５种不同电解液组成对钛薄膜表面粗糙度、表面形貌的影响,得出硫酸、甲醇混合溶液是一种较理想的电解液体系。设置合适的抛光电压、温度、时间、泵速等工艺参数,制备出了表面平整光滑,平均粗糙度小于30 nm的钛膜。分析了硫酸、甲醇电解液阳极电压与试样表面减薄速率的关系：试样的减薄速率开始随电压的升高而增大;当电压达到28～34 V时,减薄速率随电压变化很慢,当电压继续增大时,减薄速率又会迅速增大,金属膜继续溶解。     

周期介质膜压缩光栅中的导模共振效应

使用耦合波法以及特征矩阵法计算了周期膜堆结构以及介质压缩光栅的本征值,研究了介质型压缩光栅产生导模共振现象的条件,并计算了导模共振点附近光栅的衍射效率曲线。针对导模共振效应对光栅应用的影响,提出了一种避开该效应的方法。计算结果表明：当介质折射率呈周期变化时,取光栅周期为0.667 μm,深度为0.6 μm时,可以避开导模共振效应。     

大视场CCD成像系统像面均匀性测试技术研究

以光度学为理论基础,研究了大视场CCD成像系统像面均匀性测试技术。论述了600~800mm非对称、双半球不等半径积分球的设计方案。对像面均匀性测试系统的积分球出口进行了测试,出口处的照度不均匀性不高于2.3%,照度不稳定性不高于2.7%,积分球后半球内表面的亮度不均匀性不高于4.4%。在对测试结果进行误差分析的基础上,对大视场CCD摄像机进行了实际测试。结果表明,该装置可广泛应用于光电成像系统的像面均匀性测量。     

Influence of dielectric materials on uniformity of large-area capacitively coupled plasmas for N_2/Ar discharges

The effect of the dielectric ring on the plasma radial uniformity is numerically investigated in the practical 450-mm capacitively coupled plasma reactor by a two-dimensional self-consistent fluid model. The simulations were performed for N2/Ar discharges at the pressure of 300 Pa, and the frequency of 13.56 MHz. In the practical plasma treatment process,the wafer is always surrounded by a dielectric ring, which is less studied. In this paper, the plasma characteristics are systematically investigated by changing the properties of the dielectric ring, i.e., the relative permittivity, the thickness and the length. The results indicate that the plasma parameters strongly depend on the properties of the dielectric ring. As the ratio of the thickness to the relative permittivity of the dielectric ring increases, the electric field at the wafer edge becomes weaker due to the stronger surface charging effect. This gives rise to the lower N_2~+ ion density, flux and N atom density at the wafer edge. Thus the homogeneous plasma density is obtained by selecting optimal dielectric ring relative permittivity and thickness. In addition, we also find that the length of the dielectric ring should be as short as possible to avoid the discontinuity of the dielectric materials, and thus obtain the large area uniform plasma.     

紫外ICCD面均匀性测试技术研究

以辐射度学为理论基础,研究了紫外ICCD(UV-ICCD)面的响应均匀性测试技术。论述了200～300nm UV-IOED面均匀性的测试方案。使用入射口径为100μm的光谱仪对UV-ICCD靶面处的均匀性进行了测试。测试结果表明,靶面处辐照度场的不均匀性不高于1.6%。在对靶面处的均匀性进行测试的基础上,对UV-ICCD面的均匀性进行了实际测量,并进行了不确定度分析。结果表明,该方案可应用于UV-ICLD光电探测器件的面均匀性测量。     

Measurement and analysis of the surface roughness of Ag film used in plasmonic lithography

The silver(Ag)/photoresist(PR)/Ag structure, widely used in plasmonic photolithography, is fabricated on silicon substrate. The surface roughness of the top Ag film is measured and analyzed systematically. In particular, combined with template stripping technology, the lower side of the top Ag film is imaged by an atomic force microscope. The topographies show that the lower side surface is rougher than the initial surface of the subjacent PR film, which is mainly attributable to the deformation caused by particle collisions during the deposition of the Ag film. Additionally, further measurements show that the Ag film deposited on the PR exhibits a flatter upper side morphology than that directly deposited on the silicon substrate. This is explained by the different growth modes of Ag films on different substrates. This work will be beneficial to morphology analysis and performance evaluation for the films in optical and plasmonic devices.