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。

光栅刻划刀架系统参数对光栅刻线弯曲影响

研究了光栅刻划刀架系统结构、重量及其稳定性对光栅性能指标的影响。有限元分析表明,对刻划刀架系统中的刻划刀架进行减重或使刻划刀架系统两侧的重量对称,均可降低光栅刻线弯曲。光栅刻划对比实验结果表明,配重侧有配重块的刻划刀架系统与配重侧无配重块的刻划刀架结构相比,刻线弯曲幅值由91.2nm降低至58.9nm,这与有限元分析结果在趋势上较为一致。

刻划光栅刻线弯曲误差在线修正技术研究

刻划光栅存在刻线弯曲误差,将直接影响光栅的衍射波前质量。通过构建光栅刻线弯曲误差与衍射波前的映射关系,搭建了光栅刻线弯曲误差的实时测量光路,论述了光栅刻划机主动控制技术原理,将光栅刻划机主动控制技术用于光栅刻线弯曲误差的在线补偿。通过对比光栅刻划实验验证该方法的可行性。上述方法能够准确提取并有效补偿光栅刻线弯曲误差,将光栅衍射波前由0.074 λ提高到0.038 λ,提高了48.6%,同时有效地解决了光栅表面弯曲问题。其研究结果可用于提高机械刻划光栅质量,具有重要的理论及应用价值。

机械刻划光栅的刻线弯曲与位置误差对平面光栅性能影响及其修正方法

机械刻划法是制作平面光栅的重要方法之一。深入分析了机械刻划光栅的等间距刻线弯曲和刻线位置误差对平面光栅分辨本领和杂散光等光谱性能的影响,对改善光栅质量和提高应用水平有重要的意义。根据费马原理,建立了单色平行光入射、含有刻线弯曲和刻线位置误差的平面光栅在焦平面上成像的光线追迹数学模型,研究了上述两种刻线误差对光栅光谱性能的影响。结果表明,刻线弯曲和刻线位置误差分别主要影响光栅弧矢和子午方向光谱性能,刻线弯曲对光栅分辨本领和杂散光影响较小。据此对光栅刻划机刻划系统进行了修正。修正后的刻划系统产生的刻线位置误差的统计平均值降低至原有幅值的一半以下,从而有效抑制了光栅杂散光。

光栅刻划刀架系统的运行精度对光栅光谱性能的影响

采用菲涅耳-基尔霍夫衍射理论建立了存在刻线弯曲和刻线位置误差的光栅衍射谱成像数学模型,分析了上述误差对光栅光谱性能的影响。针对刻划刀架系统运行不稳定问题,设计了一套光学测量结构,并提出了刻划刀架系统的机械改进方案:采用双侧柔性铰链式结构代替原有的鞍型滑块与刻划刀架的固定连接方式。最后,进行了刻划刀架系统运行稳定性测试和光栅刻划实验。刻划刀架运行稳定性测试实验表明:改进后的刻划刀架系统运行稳定性比改进前有显著改善,位移曲线重复性误差PV值由127nm降低到13nm,降低了约89%。光栅刻划实验表明,刻划刀架系统改进后,光栅光谱性能有明显的改善,光栅杂散光得到了有效抑制。得到的实验结果与仿真分析结果较为一致,为提高机械刻划光栅质量提供了理论及技术保障。