软X线波带片的制作

菲湟尔波带片是一种对衍射率大致为1的软X射线具有透射作用的新型光学元件。本文介绍用电子束曝光制作X线波带片的新方法。通过与反应离子刻蚀配合,能够制成高宽比大、分辨率高的波带片。用试作的波带片聚焦波长为9nm的同步加速器幅射光时,在焦点距离为100mm的位置上,能够将辐射光聚焦成直径为2μm的斑点。     

高高宽比硬X射线聚焦波带片的制作

相对于软X射线显微成像,硬X射线显微成像对菲涅尔波带片的吸收体厚度提出了更高的要求.采用电子束光刻和X射线光刻复制的方法,在聚酰亚胺薄膜上成功制作了高高宽比的菲涅尔波带片.首先利用电子束光刻和微电镀技术制作了X射线光刻的掩模,然后利用X射线光刻和微电镀制作了高高宽比、线条侧壁陡直的菲涅尔波带片.复制后的波带片最外环宽度500 nm,直径1 mm,吸收体金厚度为3.6μm,高宽比达到7.2,可用于10 keV～25 keV的硬X射线成像.     

电子束制作高分辨率波带片图形数据研究

根据圆环内部和相邻环分割单元之间的位置关系，设计了无间隙拼接处对齐和错开、有间隙拼接处对齐和错开四种结构模型。通过分析和比较这四种不同结构的高分辨率波带片图形数据，给出图形数据量和剖分单元数的变化关系曲线。根据扫描电子显微镜得到的实验结果，决定采用无间隙拼接处错开的模型。在使用负性抗蚀剂SAL601，电子束曝光剂量35μC，前烘温度75℃等条件下，制作出了最外环宽度为250nm的波带片。     

衍射光学元件车削误差控制技术

衍射光学元件在光学系统中的应用越来越广泛,对衍射结构的加工质量提出了更高的要求。单点金刚石车削可直接加工出高精度衍射微结构表面,但衍射结构的位置误差和表面质量对其光学性能有较大影响。为了提高衍射光学元件的性能,需要精确控制其车削误差。基于此,分析了影响衍射元件加工质量的因素,建立了揭示位置误差、衍射面形状和刀具半径之间的关系的数学模型,揭示了衍射带位置精度影响规律。通过补偿加工提升基底表面质量来提高衍射曲面面形精度。结合仿真模型与粗糙度影响参数,指导车削刀具半径的选取。最后,基于仿真结果,选择半径为0.02 mm的半圆弧刀具加工,最终加工的衍射元件面形误差为292 nm,衍射环带位置误差最大为55 nm,高度误差最大为16 nm,粗糙度为5.6 nm。实验结果表明,该预测模型可以指导衍射光学元件高精度表面形貌的获取,有利于提高光学系统的成像质量,为高精度衍射光学元件的批量生产提供了技术支持,具有广泛的工程应用价值。     

X射线在超晶格材料衍射中的相干性分析

X射线双晶衍射仪系统中受参考晶体分辨率等因素的影响,X射线的相干长度不超过1 μm.X射线在异质外延晶体材料内衍射时,不超过相干长度范围内厚度外延层中的衍射波会产生相干叠加,否则,产生非相干叠加.分子束外延(MBE)生长了短周期InGaAs/GaAs超晶格,在其摇摆曲线中观察到显示X射线在超晶格结构中衍射相干特征的多级卫星峰及Pendell(o)song干涉条纹,并利用相干光理论对超晶格结构信息诸如周期及"0"级峰位置等进行了分析.     

镜面粗糙度对远紫外望远镜能量集中度的影响

远紫外空间成像设备镜面粗糙度严重影响成像质量,成像质量可用能量集中度来表征。拟用余弦相位调制光栅分析方法定性说明镜面粗糙度RMS对能量集中度的影响;通过傅里叶光学线性系统理论建立了普遍的面传递函数,得到了角度能量和能量集中度的分布情况,并以设计上达到衍射极限的1 216 （1=0.1 nm）远紫外望远镜为对象,在镜面粗糙度RMS值远小于波长的假定情况下,得到了能量集中度与主次镜面粗糙度RMS和面自相关长度的关系,并预测了镜面粗糙度引起的分辨率误差在0.171 5时对镜面加工的要求,即主次镜镜面RMS小于31 ,面自相关宽度大于1波长,这对于实际的加工具有指导意义。     

大气湍流下超振荡望远成像的理论研究

为了实现大气湍流动态干扰下望远镜对远距离目标的超衍射极限成像, 采用光学超振荡原理局部衍射压缩光学系统点扩散函数, 并对提高成像分辨率效果进行了理论研究。结果表明, 中等湍流强度校正后, 波前残差均方根约为波长的1/15(波长λ=632.8 nm)时的干扰下, 超振荡光场调制能够实现望远系统点扩散函数的衍射压缩, 衍射压缩倍率为0.75;对不同中心间距双孔的成像研究验证了超振荡望远系统约0.80倍瑞利衍射极限的超分辨成像效果; 波前残差的均方根大小可能会导致望远系统点扩散函数的衍射压缩倍率和成像分辨率存在差异。此研究结果可应用于高精度星点定位、超分辨望远等领域。     

圆锥近似Wolter-I型X射线望远镜用柱面反射镜面形误差检测方法

基于热弯玻璃的圆锥近似Wolter-I型X射线聚焦望远镜采用在凸柱面镜模具上热弯超薄玻璃的反射镜片制作方式,柱面镜低频面形误差和中频波纹度是影响望远镜聚焦性能的主要因素,因此高精度快速检测凹凸柱面镜中低频表面误差是研制中的关键技术。传统的柱面样板法无法检测超薄镜片,且只能检测对应样板半径的面形,检测效率低,无法满足要求。采用基于计算全息的零位补偿干涉检测法和激光扫描两种方法,对超光滑凸柱面模具和超薄凹柱面镜片进行快速定量检测,计算了两种检测方法的功率谱密度,通过表面的斜率误差拟合得到点扩散函数曲线和半功率直径。结果表明:两种方法都能够快速定量表征中低频表面误差对X射线望远镜角分辨率的影响,为提高反射镜制作精度和改善X射线望远镜聚焦性能提供了技术支撑。     

X射线扫描器--迅速制作纳米尺度粗糙度地图的新装置

研制出一种非接触迅速测量平坦表面粗糙度分布的新装置。它的工作原理基于超光滑表面反射X射线强度与粗糙度间的密切关系。这种效应用于获得平坦表面粗糙度空间分布的二维地图，其均方根高度达1nm量级。装置的关键部件是一维精密机械扫描台、带真空光路的抛物面准直器和恒温冷却X射线线形列阵探测器。     

MOCVD AlxGa1-xN/GaN超晶格结构的X射线反射谱与原子力显微研究

采用掠入射X射线反射谱技术与原子力显微技术对属有机化合物化学气相淀积生长的AlxGa1-xN/GaN超晶格结构的表面和界面进行了精确表征。结合高分辨率X射线衍射谱与反射谱数据分析获得外延层各层厚度与AlGaN层的Al摩尔组分。掠入射x射线反射谱的显著强度振荡与原子力显微镜所观察到的台阶流动形貌表明了平整的界面和表面的存在。研究发现,低Al组分（x=0.25）且阱宽小的样品界面与表面粗糙度最小,通过原子力显微技术得到的表面粗糙度均方根偏差为0.45nm。     

基于应变模态振型和误差补偿的形状重构方法

形状传感技术是近年来传感领域备受关注的新研究方向,具有广阔的应用前景。文章提出了一种基于应变模态振型和误差补偿的形状重构方法,通过测量物体部分位置点的应变数据,采用模态理论实现应变-位移转换,进而重构物体形状。以长宽高分别为1000,1000和0.5mm的钛合金板作为研究对象,通过ANSYS workbench18有限元仿真软件获取位移模态振型及应变模态振型,依据有限元仿真中位置点模态的相似性,采用K-means++聚类算法对应变测量点位置进行优化,在合金板上表面施加400N的力使其产生形变。该算法的形状重构误差小于常规的均匀分布算法。采用径向基函数神经网络对误差和重构位移数据集进行了训练,依据拟合重构误差和重构位移的关系,补偿误差后重构误差不大于3.5%。     

A Full Electromagnetic Analysis for the Soret and Folded Zone Plate Antennas

Antennas based on the Soret and folded zone plates are analyzed using the body-of-revolution finite-difference time-domain method. Parametric studies of the focusing performance of these antennas are performed by varying the number of zones, the focal length, and the diameter of the zone plate. The results of the studies provide insight into the factors that influence the performance of these zone plate antennas and are used to generate accurate design graphs. The full analysis is validated by comparison with previously measured data for an integrated-circuit zone plate antenna     

平行平板横向剪切干涉仪波前重建精度的研究

在基于平行平板双光路横向剪切干涉仪中,如果 两个方向的平行平板之间存在角度误差,将会使得 两个方向的剪切干涉图的剪切方向不正交,最终影响波前测量的准确度。本文通过仿真实验 研究了两个方 向平行平板之间不同大小的角度误差对波前重建精度的影响,分析了不同条件下Zernike多 项式系数拟合 精度、重建波前均方根(RMS)及均方根误差(RMSE)与角度误差之间的关系以 及角度误差一定时,重建波前 RMS及RMSE与剪切量之间的关系。研究结果表明,为了提高波前重建精度,要尽量降低两 个平行平板之 间的角度误差,使用更多项Zernike多项式来拟合波前,并且保证剪切量与波 面尺寸比值大于10%。本文的 结论对于平行平板横向剪切干涉仪的装调将会起到一定的指导作用。     

空间外差光谱仪成像光学系统设计

为满足高光谱傅里叶变换光谱仪对高光谱分辨率、小畸变、像面光谱辐照度均匀、高信噪比以及仪器轻量化小型化的要求,设计了空间外差光谱仪成像光学系统。基于傅里叶变换的空间外差光谱仪空间干涉的特点和对成像系统缩放比、畸变等要求,依据干涉图调制度分析了最恶劣面形改变条件下对干涉仪元件面形误差的要求,并采用前后镜组匹配实现了双远心成像系统的设计。设计结果表明:该光学结构可避免调焦产生的成像系统缩放比改变,有效视场内畸变量约0.1%,传递函数在38.5 lp/mm处物面所有点全视场范围逸0.60。依据仪器视场角对滤光片安装位置和精度提出要求,并对成像系统进行杂散光和照度均匀性分析提出有效抑制杂散光的措施和方法。系统设计满足了空间外差光谱仪对成像的要求,实现了照度均匀、低畸变、离焦情况下缩放比保持不变等。     

红外目标模拟器CIG系统延时误差分析及补偿

研究红外成像制导半实物仿真系统目标模拟器延时误差对制导控制系统仿真的结果置信度影响问题,针对目标红外特性模拟要求,分析了目标模拟器的误差影响因素,提出了误差补偿算法。首先基于红外目标模拟原理,分析了影响仿真精度的主要误差源;然后根据红外CIG延时误差产生机理,分析了延时误差对几何分辨率、角度分辨率、动目标横向位置、动目标径向位置的影响;最后推导了红外CIG系统延时误差补偿算法。仿真结果和测试结果表明,本文方法有效补偿了红外CIG系统延时误差,提高了仿真结果精度,为红外成像制导武器系统优化设计提供了依据。     

波片失配及相位误差对旋转场移相器性能的影响

旋转场移相器由两段λ／２波片组成。由于波片之间失配存在反射。本文分析了反射系数、波片相位误差对输出相移、隔离度及损耗的影响。与实验结果吻合。     

大口径波片空间相位延迟量误差研究

波片相位延迟量的常用检测方法只是针对激光光束直径(2 mm左右)的光束测出的平均值,对于大口径波片空间相位延迟量的检测,本文提出基于菲索干涉仪的检测方法,建立了波片的空间相位延迟量误差与干涉图样之间的理论数学模型,理论分析了影响相位延迟量误差主要因素有:光源的光谱宽度、石英晶体的空间折射率分布以及波片的面形误差；利用MATLAB程序编程,进行了数值计算,若要求波片的相位延迟量总误差小于一般波片测试误差1°,则光源的光谱宽度应小于0.2 nm,石英晶体的空间折射率分布误差应小于0.005,面形误差应小于200 nm；实验室搭建菲索干涉仪,选取了口径25.4 mm的石英波片进行测试,测试效果良好,测量精度为0.05°。     

Investigation of the surface roughness of CdZnTe substrates by different techniques of nanometer accuracy

The results of measurements of the root-mean-square (rms) surface roughness of CdZnTe substrates by confocal microscopy (CM), atomic force microscopy (AFM), and X-ray reflectometry (XRR) are compared. It is determined that CM yields the highest rms roughness values, AFM assumes an intermediate position, and XRR measurements produce results that are an order of magnitude lower than those obtained with the use of the other two techniques. It is demonstrated that CM rms roughness values depend to a considerable extent on the type of the microscope objective used in experiments. Probable reasons for the discrepancy between the obtained results are discussed.     

Platinum zone plates for hard X-ray applications

We describe the fabrication and evaluation of platinum zone plates for 5-12 kV X-ray imaging and focusing. These nano-scale circular periodic structures are fabricated by filling an e-beam generated mold with Pt in an electroplating process. The plating recipe is described. The resulting zone plates, having outer zone widths of 100 and 50 nm, show good uniformity and high aspect ratio. Their diffraction efficiencies are 50-70% of the theoretical, as measured at the European Synchrotron Radiation Facility. Platinum shows promise to become an attractive alternative to present hard X-ray zone plate materials due to its nano-structuring properties and the potential for zone-plate operation at higher temperatures.