软X射线透射光栅制作技术

金透射光栅广泛用于真空紫外、X射线、物质波的衍射和光谱测量。分别介绍了美国麻省理工学院空间微结构实验室和中国科学技术大学国家同步辐射实验室的透射光栅制作技术及其新进展。麻省理工学院空间微结构实验室为完成 AXAF巨型空间天文台上的高能透射光栅谱仪经历了近 2 0年的发展 ,其光栅制作工艺日趋成熟 ,代表了当前世界最高水平。中国科学技术大学国家同步辐射实验室为了满足惯性约束核聚变实验研究的需要 ,在国内较早地开展了透射光栅的研制工作 ,在提高光栅质量的同时不断提高线密度     

1000线/毫米软X射线自支撑闪耀透射光栅的设计与制作

基于标量衍射理论讨论了软X射线自支撑闪耀透射光栅的特性并设计了光栅的结构参数. 采用全息光刻和湿法腐蚀技术, 成功制作了周期1 μm、占空比0.1---0.2、高宽比约100、栅线厚度10 μm、 有效面积比为65%的自支撑闪耀透射光栅. 单元尺寸为15mm× 15mm的硅绝缘体上含有四个5 mm× 5 mm的自支撑闪耀透射光栅窗口. 在国家同步辐射实验室检测了该光栅在5---50 nm波长范围内的衍射效率. 波长扫描测量结果表明, 闪耀效应明显地发生在类似镜面的光栅侧壁镜面反射方向上, 闪耀级次位置及其特征与标量理论预测的一致. 衍射效率的实测结果基本与理论模拟符合, 只是因光栅结构上的缺陷致使衍射效率偏低, 峰值只有理论值的38---49%. 实验结果证明了闪耀透射光栅的概念和湿法制作工艺的可行性.     

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.     

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     

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.     

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.     

制作具有预期位相调制度的卤化银乳胶位相型薄全息光栅的研究

提出了一种制作具有预期位相调制度的卤化银乳胶位型薄全息光栅的方法。它通过分析所拍摄的第一张全息光栅的数据来获得最佳曝光参量，从而使继后的拍摄，在同样的实验条件下能获得所预期的位相调制度。文中给出了这方法的理论分析和某些应用。     

透射光栅对软X射线衍射效率的研究

在北京同步辐射源上，对无底衬透射光栅在844eV X射线能量点的绝对衍射效率进行了实验标定，利用光栅模型，得到了光栅所有结构参数，并由此得到了透射光栅对100—2000eV能区软X射线的各级绝对衍射效率理论计算曲线. 关键词：     

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.     

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。     

大面积10000线/毫米软X射线金属型透射光栅的设计、制作与检测

基于严格的矢量耦合波理论,优化设计了用于13.4nm软X射线干涉光刻的透射型双光栅掩模版. 采用电子束光刻技术,在国内首次成功制作了周期为100nm的大面积金属型透射光栅.光栅面积为1.5mm ×1.5mm,Cr浮雕厚度为50nm,Gap/period为0.6,衬底Si₃N₄厚度为100nm. 此光栅将用于上海光源软X射线干涉光刻实验站.利用其1级衍射光和2级衍射光将可以经济高效地制作周期为50和25nm的大面积周期结构.最后,测量了该光栅对波长为13.4nm 同步辐射光的衍射光强度,并且推算得出该光栅的1级和2级衍射效率分别为4.41%和0.49%,与理论设计值比较符合.实验结果与理论模拟结果的对比表明该光栅侧壁陡直,Gap/period的控制也与设计值符合. 关键词： 软X射线金属型透射光栅 严格耦合波方法 衍射效率 软X射线干涉光刻     

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．     

硬X射线相位光栅的设计与研制

针对在普通实验室和医院实现40—100keVX射线相衬成像的需求,考虑到成像系统参数、X射线源空间相干特性及光栅衍射效率,设计出硅基相位光栅结构参数.利用我们已发展的光助电化学刻蚀技术研制出直径为5英寸的相位光栅,其空间周期为5.6μm,线宽为2.8μm,深度为40—70μm.在理论分析的基础上,通过提高硅片两端有效工作电压和修正Lehmann电流密度公式,解决了实际刻蚀过程中出现的钻蚀问题.由实验结果可知,本方案对制作大面积高精度相位光栅十分有效。     

用于位移传感器的全息平面变间距光栅设计与制作研究

简述了全息变间距光栅的几何理论.利用遗传算法对记录光路进行了优化计算，提出在目标函数中考虑记录参数误差的影响，推导了目标函数的积分形式，提高了计算效率.针对用于位移传感器的平面变间距光栅，分别计算了球面波干涉及球面波与非球面波干涉情况下的全息记录参数，给出了线密度误差曲线.制作出全息平面变间距光栅，并成功应用于位移传感器中. 关键词： 全息光栅 变间距光栅 遗传算法     

调相光栅的正交相干相位检测

本文提出了一种解调调相光栅相位的新方法.将一幅相位调制光栅图输入计算机,通过正交相干相位解调算法处理,能够高精度、快速地获得光栅的相位分布.本文详细论述了正交相干相位解调原理,并给出实验系统和处理结果,最后与其他类似的相位解调方法进行了比较.     

透射式光栅光谱仪摄谱性质的研究

本文从理论和实验上探讨了透射光栅的光栅参数和实验几何条件对于光栅的衍射效率、色散、光谱对称性及散射本底的影响,对于这些摄谱性质的了解,将有助于实验数据的分析。