离子束刻蚀双频光栅的实验研究

本文利用离子束在玻璃上刻蚀出双频光栅,研究了光栅掩模制作中曝光量和显影条件,离子束刻蚀工艺等因素对光栅衍射效率的影响,并给出一些实验结果。

软X射线衍射元件

本文介绍了用于软X射线波段的衍射元件-高精度波带片和金透射光栅的研制技术,国内外研究现状和发展趋势。

用于太空望远镜的大口径薄膜菲涅尔衍射元件

为了满足空间衍射成像系统对大口径、轻量化衍射元件的需求,设计制作了直径为400mm的聚酰亚胺(PI)薄膜菲涅尔衍射元件。通过紫外光刻、离子束刻蚀等微细加工方法在石英基底上制作衍射图形,然后将衍射图形复制到PI薄膜上得到菲涅尔衍射型薄膜元件。结合有限元法探究了薄膜复制过程中热应力的变化规律及降低热应力的方法,分析了影响薄膜衍射效率的因素及薄膜制作误差、温度变化对薄膜成像的影响,最终实现了大面积薄膜与基底的分离,并通过局部氧气等离子体轰击提高了薄膜衍射效率的均匀性。经测试,薄膜菲涅尔衍射元件的厚度约为20μm,在波长633nm处的实际衍射效率平均值为33.14%,达到了理论效率的81.83%,衍射效率的均方根值RMS=0.01。实验结果表明,通过紫外光刻、离子束刻蚀和薄膜复制的方法可以得到大口径、高衍射效率的薄膜菲涅尔衍射元件。

真空紫外～X射线反射膜研究现状

真空紫外～X射线反射膜在分子、原子结构、宇宙物理、微纳米器件、生命科学等研究领域有着极其重要的应用。本文总结了迄今为止在A〈200nm内反射膜研究的进展情况，列出了常用单层金属反射膜最佳沉积条件、反射光谱以及各自的特点；对复合膜则根据所应用的波长范围，阐述了膜材选择、膜层设计及薄膜制作过程中所涉及的一些重要问题，分析了复合膜反射率增强的机理。并给出了相应波段所用的膜材、膜对结构及所能达到的最高反射率。

云纹法检测变线距光栅的线密度

变线距光栅在同步辐射装置、激光核聚变装置上有着广阔的应用前景 ,它的制作和检测方法尚未成熟 ,本文在介绍变线距光栅线密度变化规律的基础上 ,采用级数形式表达变线距光栅线密度 ,比较了几种测量方法后 ,将云纹法引入变线距光栅的检测中 ,从理论上介绍了几何云纹法和云纹干涉法 ,几何云纹法适合于线密度很低的光栅 ,云纹干涉法适合于线密度较高的光栅 ,云纹的密度反映了光栅的线密度 ,如果云纹非常密 ,精确地测量所有云纹的坐标比较难 ,可以用数云纹数目的方法测出光栅的密度变化 ,就变线距光栅的检测分别给出了有关理论公式 ,并给出实际测量中的光路和初步的结果 。

高谱分辨X光能谱诊断技术

采用国内首次研制出的2000线/mm的自支撑透射光栅配上背照射软X光CCD(charge coupleddevice)组成了高谱分辨透射光栅谱仪。通过实验标定和理论模型计算相结合得到了高线对透射光栅的绝对衍射效率;同时建立了透射光栅谱仪测谱解谱方法,编制了相应的解谱程序。在"神光"激光装置上利用该谱仪通过激光打靶实验获得了金腔靶注入口发射的X光能谱定量实验结果,实验结果表明,该谱仪测谱范围在高能区达到6000eV,谱分辨达到0.1nm,能够清晰地分辨金等离子体M带三峰分布X光谱结构。

消像差光栅的理论及实验研究

对消像差光栅进行了理论和实验研究。用光程函数和费马原理研究光栅的成像,用刻槽分布函数表示光栅的刻槽曲率及间距变化。对成像的理论分析表明光栅刻槽分布函数比刻槽间距更容易表达像差,给出了消像差光栅的表达形式。比较了SD、WFA、LPF等光栅的参数优化方法。探讨了消像差光栅密度的干涉测量法,设计了光路,对光栅密度进行了测量。

13．9nm Laminar 分束光栅的研制

利用全息-离子束刻蚀工艺制作了工作波长为13.9 nm的Laminar分束光栅。光栅的线密度为1 000 lp/mm,槽深13 nm,占宽比0.43,Au膜厚度为40 nm左右;当工作波长为13.9 nm,入射角为81.2°时,其0级与-1级衍射光衍射效率乘积的最大值为8.1%,同时0级与-1级衍射效率亦接近,约为27%和30%。实验结果表明,研制的Laminar光栅可用于13.9 nm激光的分束,能够获得>7%的分束效率。

用于1m Seya-Namioka单色仪的1200lp/mm Laminar光栅

针对国家同步辐射实验室燃烧与火焰实验站中1mSeya-Namioka单色仪对光栅的需求,采用全息离子束刻蚀工艺制作了1 200lp/mm Laminar光栅。首先,通过光刻胶灰化技术调节光刻胶光栅掩模占空比,在理论设计的误差允许范围内,对此光栅掩模进行扫描离子束刻蚀;然后,将光栅图形转移到光栅基底中去除残余光刻胶;最后,采用离子束溅射法镀制厚约40nm的金反射膜,采用热蒸发法镀制厚约60nm的铝反射膜。用原子力显微镜分析光栅微结构,结果显示光栅槽深为40nm,占空比为0.45。同步辐射在线波长扫描测试结果表明,镀铝光栅效率明显高于镀金光栅,获得的实验结果与理论计算结果基本符合。镀金光栅已替代进口光栅在线使用3年,其寿命大大超过复制光栅,基本满足了燃烧实验站的实验研究需求。

一种用于均匀照明的衍射光学元件设计的混合算法

介绍一种综合迭代法和优化算法两者优势的混合算法 ,并用于设计ICF靶场照明衍射光学元件 ,得出比先前方法更加理想的模拟结果 .其衍射效率达到 97 5 % ,均方误差为 0 0 2 6 。

大尺寸衍射光学元件的扫描离子束刻蚀

总结了大尺寸衍射光学元件离子束刻蚀技术的研究进展。针对自行研制的KZ-400离子束刻蚀装置,提出了组合石墨束阑结构和多位置分步刻蚀策略来提高离子束刻蚀深度的均匀性,目前在450mm尺寸内的刻蚀深度均匀性最高可达±1%。建立了针对多层介质膜光栅的衍射强度一维空间分布在线检测系统以及用于透射衍射光学元件离子束刻蚀深度的等厚干涉在线检测系统,实现了对大尺寸衍射光学元件离子束刻蚀终点的定量、科学控制,提高了元件离子束刻蚀工艺的成功率。利用上述技术,成功研制出一系列尺寸的多层介质膜光栅、光束采样光栅、色分离光栅以及同步辐射光栅等多种衍射光学元件。

变栅距光栅光谱分辨研究

基于夫琅禾费衍射理论,推导了平行光入射变栅距光栅后衍射光强的角度分布。计算了变栅距光栅参数相同,入射光斑宽度分别为5 mm和10 mm时,衍射光的分布特点和变栅距光栅参数不同,入射光斑宽度为10 mm时,衍射光的分布特点。实验验证了不同入射光斑宽度对光纤式变栅距光栅位移传感器分辨率的影响。结果表明:基于变栅距光栅的衍射特点,入射光斑直径的大小是影响传感器分辨率的一个重要因素。

全息平面变间距光栅位移传感器研究

基于变间距光栅位移传感器的基本原理,研究了高线密度变化率全息平面变间距光栅的制作方法.所作的变间距光栅已应用在变间距光栅位移传感器中,原理样机测试结果表明,系统分辨率可以达到0.05mm,相对误差可以控制在0.2%FS之内,优于设计指标.

电致生物效应与电场杀虫技术

地下害虫对我国农业生产危害巨大。由于它们隐藏在地表以下,传统的防治方法效果并不理想。根据电致生物效应的基本原理,介绍了生物体细胞膜的不可逆电击穿过程,同时探讨了利用脉冲电场杀灭地下害虫的研究方法和步骤,以及相关参数的测量与计算方法。研究结果表明,杀虫效果不仅与电脉冲参数有关,而且与土壤电传导特性、地下害虫种类以及虫体发育情况有关。为此,提出一种可能替代化学农药、利用脉冲电场杀灭地下害虫的新方法。

全息平面变间距光栅刻线弯曲程度分析

简述了全息变间距光栅的几何理论，研究了不同记录参数情况下的刻线弯曲程度。给出了用于评价光栅刻线弯曲程度的表达式，并推导出了它的积分形式，使计算效率提高了2～3倍。结果表明：球面波与非球面波干涉得到的光栅线条并不一定比球面波干涉得到的线条要平直。

Si基片上Au膜真空紫外反射特性研究

对Si片上Au膜在真空紫外波段的反射特性进行了系统的研究。采用离子束溅射,选择不同的镀膜参数,在经不同前期清洗方法处理过的Si片上,镀制了各种厚度的Au膜。利用科大国家同步辐射实验室的反射率计,对Au膜在真空紫外较宽波长范围内的反射率进行了连续测量。测试结果表明:Si片上Au膜厚度和辅助离子源的使用方式对Au膜反射率有重大影响,而镀前基片表面清洗工艺等对反射率影响不显著。采用辅助离子沉积或镀前离子清洗,可提高Au膜反射率;但离子清洗和辅助离子沉积同时使用会给反射率带来显著的不利影响。膜厚在30 nm左右,55°入射角时反射率最高,可高达40%。

同步辐射光学元件辐照污染及其清洁处理

随着高亮度同步辐射光源的发展 ,作为同步辐射光束线难题之一的光学元件碳污染问题变得愈来愈严重。光学元件表面的碳污染导致光通量的严重损失 ,特别是在碳吸收边处。更换污染的光学元件不仅费时和不经济 ,而且常常是临时和无效的。所以很多实验室对光学元件的清洗给予高度重视。本文综述了同步辐射碳污染的形成机制 ,对各种清洗方法分别给予分析和介绍。

真空紫外硅闪耀光栅的制作

利用单晶硅在KOH溶液中的各向异性刻蚀特性,在相对Si(111)面切偏角为5°的单晶片上制作了1200gr/mm的真空紫外闪耀光栅。结合全息干涉曝光以及光刻胶灰化技术,在单晶硅表面得到了小占宽比的高质量光刻胶掩模,用湿法刻蚀将光栅掩模图形转移到单晶硅表面的天然氧化层上,并将其作为硅各向异性湿法刻蚀的掩模,成功获得了接近于理想锯齿槽形的闪耀光栅。用原子力显微镜分析光栅闪耀面,结果表明其表面均方根粗糙度约为0.2nm。在真空紫外波段对其进行衍射效率测量,发现光栅在135nm波长处显示出良好的闪耀特性。此方法可以应用于真空紫外和软X射线波段的光栅制作,在获得较高的槽形效率的同时,可以大大减少其制作难度及成本。

窄光谱带宽X射线刻蚀多层膜光栅

结合X射线荧光分析和同步辐射单色器对窄光谱带宽多层膜的需求,开展了窄光谱带宽刻蚀多层膜光栅的理论和实验研究。用平均密度法从理论上阐明将多层膜刻蚀成不同刻蚀比的多层膜光栅后,光谱分辨率将得到提高。用磁控溅射方法制备了W/C多层膜,并用常规的光刻工艺对其进行刻蚀,得到了刻蚀后的多层膜光栅。掠入射X射线衍射测量表明,刻蚀后多层膜的衍射峰位置向小角方向移动,多层膜光栅没有改变剩余多层膜的结构,而且带宽减小,光谱分辨率得到提高,说明实验采用的工艺方法和工艺路线可以满足制作窄光谱带宽刻蚀多层膜光栅的要求,为今后进一步研究实用化元件打下了基础。

聚碳酸酯基片超疏水表面的制备与表征

超疏水表面改性可以提高聚碳酸酯(PC)的实用性能。采用氧气等离子体刻蚀的方法对PC基片表面进行处理结合表面沉积疏水性涂层制备了超疏水表面。利用原子力显微镜、X射线光电子能谱仪和傅里叶变换红外光谱仪对制备过程中PC基片的表面形貌结构和表面化学成分的变化进行了表征。超疏水PC基片表面进行磨损实验后,发现磨损基片表面丧失了超疏水的特性。分析了磨损后PC基片的表面形貌和表面化学组成,表明失效的原因与基片表面形貌以及疏水性涂层的破坏有关。