声子极化激元干涉条纹周期的精密测量研究

二维材料由于其独特的物理化学性质,对纳米光子学及光电子学的应用与发展具有重要研究价值。特别是二维材料中声子与光子耦合激发产生的声子极化激元高度局域在纳米尺度,在片上光子学的光学操控和能量传输等前沿研究领域具有极大的应用潜力。同时,光电器件制造进入纳米节点,器件应用对材料表征精度具有纳米级的要求。然而目前对声子极化激元特性分析的关键之一在于测量其干涉条纹周期,测量结果准确性依赖于仪器设备校准。因此,为实现对声子极化激元干涉条纹的精确测量,文中提出构建铬原子自溯源型光栅与二维材料的复合结构,分析金属光栅结构周期性变化对二维材料的声子极化激元耦合增强与调制作用,以及基于该原理实现对声子极化激元干涉条纹周期的精密测量。研究实现了测量干涉条纹周期为(261.01±0.34)nm的亚纳米级高精度测量,相比具有不确定度为4 nm的传统拟合测量方式具有可溯源的计量精度,同时实现了对测量仪器的亚纳米级精密校准。自溯源光栅天然溯源至基本自然常数的特性使得测量结果具备极好的准确性和可靠性,为二维材料在微纳光子学器件领域的应用提供了保障。

低亚表面损伤石英光学基底的加工和检测技术

制备低亚表面损伤的超光滑光学基底,是获得高损伤阈值薄膜的前提条件。针对石英材料在不同加工工序中引入亚表面损伤层的差异,首先利用共焦显微成像结合光散射的层析扫描技术,对W10和W5牌号SiC磨料研磨后的亚表面缺陷进行了检测,讨论了缺陷尺寸与散射信号强度、磨料粒径与损伤层深度间的对应关系;同时,采用化学腐蚀处理技术对抛光后样品的亚表面形貌进行了刻蚀研究,分析了化学反应生成物和亚表面缺陷对刻蚀速率的影响、不同深度下亚表面缺陷的分布特征,以及均方根粗糙度与刻蚀深度间的联系。根据各道加工工艺的不同采用了相应的亚表面检测技术,由此来确定下一道加工工序,合理的去除深度,最终获得了极低亚表面损伤的超光滑光学基底。

极紫外光刻给光学技术带来的挑战

概述了极紫外光刻技术的发展,阐明了极紫外光刻技术的特点,说明了极紫外光刻的关键光学技术。极紫外光刻中光学元件的评价需要采用随空间波长变化的表面功率谱密度进行评价,分析了不同区域内表面误差对极紫外光刻系统性能的影响,给出了极紫外光刻对相应空间波长区域的技术要求和现在技术能够达到的水平。根据这些问题,重点说明了极紫外光刻如何将光学加工、检测和镀膜技术带到了原子尺度。最后建议我国能够抓紧时间,尽快启动相关研究,推动我国相关领域的发展。

基于单路利特罗型光栅干涉仪的超精密位移测量技术研究

基于光栅干涉仪的超精密位移测量技术是先进制造领域的关键共性技术,采用更高刻线密度的光栅是提升光栅干涉仪测量精度与分辨率的有效途径。随着电子束制备光栅技术的提升,采用电子束加工高刻线密度光栅(大于3000线/mm)作为测量基准是优化干涉仪性能的有效途径。利用3333线/mm的高刻线密度电子束直写光栅,采用单路利特罗光栅干涉构型,搭建了原始信号周期为300nm的光栅干涉仪,验证了其在位移测量方面的准确性与稳定性。单路利特罗光栅干涉仪与激光干涉仪比对装置为后续光栅间距标定提供了新的可能性,是电子束直写型高刻线密度光栅在精密位移测量领域的有益探索。

亚波长介质光栅导模共振研究

从平板波导的本征值方程出发,导出弱调制介质光栅共振位置的表达式,其预测结果与利用严格的耦合波理论所得值一致·对正入射时导模共振产生双反射峰现象进行解释,并就导模共振对入射角和光栅周期敏感性的成因进行了探讨·从薄膜的特征矩阵方程出发,在理论上分析了利用导模共振获得性能良好的反射滤光片的途径·

ICF用Kirkpatrick-Baez型显微镜光学设计

提出了直接针对惯性约束聚变(ICF)诊断目标的X射线Kirkpatrick-Baez型显微镜的像差校正和光学设计方法。在校正掠入射细光束像散的基础上,推导了内爆压缩区全视场范围内的垂轴像差表达式,进而构建了系统的空间分辨率预测模型。基于对空间分辨率和集光立体角两个关键指标的分析,结合ICF的实验要求,得到了系统的初始结构参数确定原则和光学设计流程。实例表明,该方法克服了传统的轴上球差评价的不足,设计结果能够同时满足内爆压缩区的视场、分辨率和集光效率的要求。

基于非周期多层膜的X射线成像研究

本文设计了惯性约束聚变(ICF)诊断实验用X射线Kirkpatrick-Baez(KB)显微镜,给出了系统的结构参量·使用ZEMAX光学软件对KB型显微镜进行了性能模拟,结果表明:在8keV能点,放大率为8倍时,轴上点的最佳空间分辨率小于2μm,200微米视场的空间分辨率优于10μm·采用磁控溅射方法制备了W/B4C非周期多层膜,经X射线衍射仪(XRD,工作能量8keV)测量,其反射率为20%,带宽为0.3°,达到了KB型显微镜成像系统的要求·使用Cu靶X射线管进行了成像实验,得到了放大倍数分别为1倍和2倍的一维X射线像·

W/B_4C、W/C、W/Si多层膜的研究

给出了W/B4C、W/C、W/Si(钨/碳化硼、钨/碳、钨/硅)周期多层膜的制备和测量研究.用超高真空直流磁控溅射方法制备出周期在1.1～7.2 nm范围内的多层膜样品,采用X射线衍射仪(XRD)小角度测量方法检测多层膜的光学性能,并用透射电镜(TEM)对样品的微观结构进行了研究.结果表明:周期大于1.3 nm的多层膜样品的结构质量高,膜层结构清晰,界面粗糙度小;周期为1.15 nm的多层膜的膜层结构不是很明显;所有膜层均为非晶态,没有晶相生成.结果还表明:采用目前的溅射设备和工艺过程能够制备出满足同步辐射荧光光束线上单色器用多层膜.

薄膜波导光栅滤光片反射特性研究

根据将减反射薄膜结构引入波导光栅滤光片中可以较好地抑制反射旁通带的理论,设计了单层、三层薄膜结构的波导光栅滤光片,旨在运用尽可能少的膜层数,在宽光谱范围内得到窄的反射带和高反射峰.运用严格的耦合波理论,对所设计的薄膜波导光栅滤光片的各种可能光栅结构进行了精确计算,得到反射率分布良好的特性曲线,并对计算结果进行分析,同时,还得到一种操作上较易于实现、在宽光谱范围内具有良好反射特性的三层膜光栅结构.

界面层对激光减反膜的影响研究

激光技术的发展对减反膜提出了超高透过率的要求,基板的表面特征在高精度减反膜的设计与制造中不可忽略。选择熔融石英为基板,Ta2O5和SiO2为高低折射率膜层材料,针对在0°入射角下工作的532 nm激光减反膜进行设计与分析,得到膜层内的电场分布。在模拟计算中将基板的表面粗糙度等效为等比例混合膜,计算分析了理想设计条件下不同厚度界面层的V型减反膜,得到透过率与界面粗糙度的数值函数关系,最后利用数值优化的方法对理想设计进行修正,得到了存在界面层的减反膜修正结果,研究结果有助于实现超高透过率短波长激光减反膜的设计与制备。

刀口技术在激光冷却中的应用

研究了原子束的传输特性、激光冷却的效果及应用刀口技术实现μK量级冷却温度的测量,得出如下结论:原子从原子炉的出射口发射出以后,不论是否经过激光冷却,原子运动的距离越长,分布的均匀性越差。激光冷却可使原子炉出射原子的横向速度降低几个数量级,使原子束经传输后的横向分布均匀度大大提高。刀口技术可用来测量激光冷却后的温度,测量精度主要由测量荧光的CCD的像元尺寸决定。这些结论对深入开展激光冷却实验具有重要的意义。

基于辅助光学系统的KB显微镜瞄准方法

研究了利用辅助可见光系统精确瞄准KB显微镜物点的方法。设计了工作能点8keV的周期多层膜KB显微镜系统,通过光线追迹和X射线成像实验,得到5μm空间分辨率所对应的视场和景深,进而计算出诊断实验对应的指向和景深要求。基于KB系统的物像关系和精度要求,设计了辅助的可见光成像系统,实现了可见光系统与X射线KB系统间的等效瞄准,利用耦合好的系统进行了瞄准和X射线成像实验。实验结果表明:辅助光路可以实现±20μm的垂轴面和±300μm的轴向定位精度,满足KB显微镜的瞄准要求。

Cr原子在高斯型激光驻波场中汇聚沉积的仿真研究

在激光汇聚原子束沉积纳米光栅的研究中,半经典理论是一种简单而有效的方法。利用半经典理论模型,对Cr原子在高斯型激光驻波场中的汇聚沉积进行了模拟分析和研究。通过龙格-库塔法数值模拟出在不同失谐量Δ、激光功率P、Cr原子束的横向纵向速度、基片摆放位置zf和高斯光束束腰0ω条件下,Cr原子沉积光栅结构的变化,根据所得各光栅图形参数,分析了不同因素对Cr原子沉积的影响。

Mo/Si/C多层膜退火后的同步辐射研究

通过对Mo/Si周期多层膜添加碳(C)层、进行高温退火处理,研究了Mo/Si/C多层膜进行热处理后在同步辐照条件下对薄膜相关物理特性的影响。发现Mo/Si周期性多层膜增加C层后不影响薄膜的反射特性,退火前45°入射角92 eV处反射率高达42％;热稳定性也有所提高,在600℃高温退火后仍能保持6.8％(97 eV处)的反射率。同时,由于非晶C在高温条件下的扩散导致薄膜结构发生变化,观测到薄膜的小角衍射曲线中出现并临的双衍射峰结构。

透镜补偿检验的研究与分析

为了方便透镜补偿器的设计,从三级像差理论出发,推导出了求解透镜补偿检验二次曲面的初始结构参量之间关系的数学表达式.通过分析发现这些公式不仅包括了前人提出的补偿检验二次曲面的方法,也包括了以前没有提出过的方法.这些透镜补偿器既可以检验二次曲面,又可以检验高次曲面.用所提出的方法设计了一套补偿器,结果显示,当轴上波差1/108个波长,轴外波差1/13个波长时,该补偿器完全能够应用于实际中.

用于同步辐射单色器多层膜的研究

结合Fensnel反射系数公式与Nevot-Croce模型,设计出了可以用于同步辐射单色器的W/B4C周期多层膜,并对其光学性能(反射率)做了模拟计算。采用高真空磁控溅射技术,实现不同周期的W/B4C周期多层膜的制备。利用英国BEDE公司出产的D1高分辨X射线衍射仪,完成W/B4C周期多层膜周期结构的测量。在北京同步辐射荧光束线(4W1B)上,利用W/B4C多层膜获取准单色光,实现材料的荧光分析实验。实验结果证明,W/B4C多层膜对同步辐射白光起到了单色的作用,可以得到高强度的准单色同步辐射X射线。

激光准直铬原子束研究(英文)

利用多普勒原理对Cr原子束进行横向准直.为了得到好的激光准直效果必须首先把激光的中心频率稳定在偏离Cr原子共振中心频率-5±0.26 MHz的位置上.经过多次的理论与实验得出了优化的实验参量,并且得出如果探测光束与准直光束不平行会造成横向线宽的展宽.根据实验数据选择合适的实验参量,实现利用多普勒原理横向准直Cr原子束,得到准直后Cr原子束的横向发散角为0.48 mrad,横向温度为265μK.

C/W多层膜的制备及其光学特性

介绍了软X射线波段C/W多层膜的制备和光学性能检测。采用高真空直流磁控溅射方法在超光滑硅基片上制作了C/W多层膜,用X射线衍射(XRD)仪,小角测量方法测试多层膜的光学性能,采用透射电镜(TEM)观测多层膜断层样品的微观结构,并在同步辐射软X射线光束线上,测试了所制备的C/W多层膜样品的反射率,然后对测试结果进行拟合分析。结果表明,所制备的C/W多层膜样品的质量较高,界面清晰,粗糙度小,所有膜层均为无定形态,没有晶相生成,以44.2°入射在5.9 nm处有约6%的反射率。

基于时间控厚离子束溅射技术的宽带减反膜制备

为了制备满足设计要求的宽角度、宽波段减反膜,利用离子束溅射沉积技术,在时间-功率控厚的模式下,对膜层沉积速率进行了精确修正。在实验中,利用时间-功率控厚的离子束溅射沉积技术,选择HfO2和SiO2作为高低折射率组合,在超抛ZF6玻璃基底上制备了宽角度、宽带减反膜,通过对实验后的透过率光谱曲线的数值反演计算,获得膜层厚度修正系数,初步得到了沉积速率随沉积时间变化的规律。利用修正后的沉积参数制备设计的膜系,在0°-30°入射角度下,600-1 200 nm波段的平均透过率达到99%以上。

基于双振子模型在线Low-E玻璃功能层光学常量的确定

从光与物质相互作用的微观机理出发,综合考虑了在线低辐射镀膜玻璃(Low-E玻璃)功能层材料中自由电子和束缚电子与光的相互作用,采用双振子模型描述了在线Low-E玻璃功能层材料的色散特性.用双振子模型所得出的理论公式对在线Low-E玻璃的透射谱进行了拟合,得到了Low-E玻璃功能层的光学常量.结果表明,双振子模型比Drude模型可以更准确描述在线Low-E玻璃功能层材料的光学特性,在可见光低频区和红外波段,用Drude模型描述在线Low-E玻璃功能层材料的光学特性也能得到较好的结果.