可在线应用的大口径溶胶-凝胶膜光学元件激光清洗工艺研究(特邀)

在高功率激光装置中,光学元件表面的污染物会降低光束质量甚诱导光学元件损伤。针对装置中受污染的镀有SiO₂溶胶-凝胶增透膜的大口径真空隔离片(430 mm×430 mm),使用波长为355 nm的Nd:YAG脉冲激光器模拟在线激光清洗实验。实验中采用了单发次激光干式清洗与气流置换系统辅助的激光清洗系统,研究了关键特征参数对激光在线清洗效果的影响规律,获得了可用于激光在线清洗的工艺参数。光学元件的处理采用光学显微镜、暗场成像法表征以及图像处理软件分析。实验结果表明,激光在线清洗光学元件存在最佳工艺窗口。通过气流置换辅助的激光清洗方法后,相较于单纯的单发干式激光清洗,激光清洗能力有大幅提升。因此,气流置换系统辅助单发激光清洗能有效提高其清洗能力,为高功率激光装置中大口径光学元件表面污染物在线去除提供了一种有效手段。     

大口径平面光学元件的全金属装夹方案设计

真空环境下大口径光学元件的装夹采用传统有机物无应力装夹方式会带来有机污染等各种问题。设计了一种大口径平面光学元件的夹具和装夹方案,利用金属结构直接装夹大口径平面光学元件,可在降低金属装夹框表面加工精度和光学元件处于任意倾斜角度等情况下,不产生光学元件装夹应力,同时避免了传统有机物无应力装夹而带来的有机污染。可广泛应用于大口径平面光学元件在光学工程、光学实验装置中的装夹。     

低温真空环境光学系统波像差测试方法

为了能够预知空间低温光学系统成像质量,提出了一种高精度测试低温真空环境下F数小、后截距短的光学系统波像差的方法。首先,分析设计测试光路,对低温光学系统、干涉仪以及平面镜等进行布局,为波像差测试做好准备工作;然后,对低温真空标准透镜、标准平面镜、窗口玻璃等关键部件进行分析与设计,测试时作为系统误差项扣除;最后,调试测试光路,分别得到常温常压和低温真空环境（低温温度为100 K,压强为110-4 Pa）下光学系统波像差。通过精度验证实验表明,测量值与标准值偏差为0.010（=632.8 nm）,差别很小,证明了该测试方法的可行性。解决了光学遥感系统特别是F数小、后截距短在低温真空环境下波像差难以高精度测试或无法测试的难题。     

基于傅里叶红外光谱仪的光谱发射率测量装置的研制

基于傅里叶红外光谱仪成功研制了固体材料光谱发射率测量装置,它由一个试样加热炉、一个参考黑体炉、水浴环境腔体及真空系统等组成,可以实现100-1500℃及光谱0.66-25μm范围内固体材料光谱发射率测量.参考黑体用于对系统的标定,水浴环境腔体和真空系统用来消除环境和大气的影响.装置调试后对某种航天用材料做了测试实验,得到了很有规律的结果.估计了系统的不确定度:发射率不确定度小于2.27%(3δ,ε=0.9),6.80%(3δ,ε=0.3).     

中国科学院长春光学精密机械研究所应用光学国家重点实验室真空紫外—软X射线光学研究组简介

应用光学国家重点实验室建立以来.真空紫外一软X射线光学研究一直是该实验室的重点发展学科之一,其研究基础深厚、特点鲜明、研究水平处于国际前沿地位,主要从事真空紫外一软X射线光学的基础研究和应用基础研究,已形成从理论到实验.从光源、光学元件和探测器研究到实用仪器开发研制的研究体系,装备有国内先进的真空紫外一软X射线波段光谱测试和光学元件及系统的加工、检测设备,具有真空紫外一软X射线光学的综合研究能力.近期的主要研究方向包括软X射线多层膜技术研究;软X射线显微成像及投影光刻技术研究;真空紫外     

驱动器终端光学组件损伤在线检测技术

为了获得最高的工作效率,激光驱动器被设计使用于光学元件的损伤阈值附近.不可避免地产生高通量密度下的元件损伤,及时掌握元件损伤情况关系到工作人员和装置的安全,损伤在线检测技术研究具有重要意义.介绍了光学元件损伤在线检测系统的工作原理,针对驱动器终端光学组件的特点,确定了明场成像损伤在线检测的技术路线.利用设计搭建的实验系统成功获取了神光Ⅲ原型装置Ⅰ型终端打靶透镜、倍频晶体,以及引导反射镜的损伤图像.实验系统横向分辨率为0.13 mm,纵向定位精度为30 mm,损伤图像清晰可辨,满足检测要求.研究结果为该技术的工程应用提供了技术支撑.     

ICF终端光学元件损伤在线检测装置的研究

终端光学元件是惯性约束聚变（ICF）系统最重要的组成部分之一。文中针对ICF系统中终端光学元件损伤的高精度、高效率检测问题,对光学元件损伤在线检测技术进行了研究,以神光-Ⅲ原型装置终端光学元件为检测对象设计了光学元件损伤在线检测系统。针对终端光学元件的排布特点及其检测要求,利用CODEV软件设计了高分辨率变焦距望远光学系统;根据终端光学元件在靶室中的分布位置,设计了相应的对准及定位系统,实现了对球体空间排布的大尺寸光学元件组的远距离、高精度、实时快速检测。模拟ICF靶场环境进行了离线仿真实验,实验表明:系统的MTF曲线在68 lp/mm大于0.4,80%能量分布在22像元内。在1.8~2.8 m的工作距离下,检测装置对300 mm300 mm视场范围内60 m以上的损伤点可以通过图像处理方法进行分辨,160 m以上的损伤点可以进行精确测量;姿态调整系统各运动环节运行精度均优于13 arc sec,满足检测要求。     

低温密封焊接技术

分析了低温密封焊的工艺难点,通过改变腔体耦合结构及工艺实验,实现了微波产品高气密性快速低温焊接。从焊料、气密性两方面进行工艺难点分析并进行工艺实验及可靠性实验研究。通过调整腔体的耦合结构,选择In-3Ag焊丝和GD401硅橡胶,烙铁温度设置为320～330℃,热台温度设置为110～120℃时,能实现微波产品高气密性、快速低温焊接。解决了助焊剂污染问题,满足可靠性实验要求。除以上主要影响因素,水汽含量也是需要考虑的。为进一步研究低温密封焊接提供重要依据,同时此技术可借鉴应用于产品的批量生产。     

低温光学用杜瓦柔性外壳结构热力特性研究

为了满足低温光学系统低背景、低功耗和红外探测器制冷组件高环境适应性的要求,提出了探测器制冷组件杜瓦主体（窗口、窗口帽和引线盘） 200 K低温保持,与制冷机膨胀机或脉管散热面柔性绝热连接的设计思想。针对低温光学用杜瓦柔性外壳工程应用中的特点,文中以某低温光学用长波12.5 μm 2 000元红外探测器杜瓦组件以例,提出了波纹管作为绝热连接的柔性外壳,重点阐述杜瓦柔性波纹管隔热、力学和相关漏热的设计,并开展不同热负载条件下波纹管热特性验证,可实现最小温度梯度为37.22 K,绝热热阻为1142 K/W,误差在37%。为综合评价低温光学用柔性外壳结构杜瓦组件的性能,对某低温光学用长波12.5 μm 2 000元探测器柔性外壳杜瓦组件开展热真空和鉴定级的力学试验考核验证,试验结果表明实现了200 K低温窗口,探测器60 K工作,杜瓦漏热为544 mW,低温工况工作时相对于常温工况制冷机的功耗下降了53%,并通过了4 g的随机力学考核,验证了低温光学用杜瓦柔性波纹管外壳模型合理可行,对于后续低温光学用杜瓦柔性外壳结构工程应用提供了重要参考。     

光学元件激光损伤在线检测装置

设计并搭建了一套光学元件表面损伤检测装置,用于激光损伤实验中光学元件表面损伤的自动化在线检测。装置主要由自动变倍显微相机、高精度位移传感器、两维扫描轴、调焦轴、快速复位平台和系统控制器组成。两维扫描轴按照规划好的弓形路径对光学元件表面激光辐照区域进行扫描,调焦轴对位移传感器反馈的离焦量进行实时修正,显微相机采集子图像并进行保存。首先,分析影响图像拼接精度的主要误差源并通过图像矫正等方法进行补偿;然后,利用图像拼接技术将矫正后的子图像矩阵进行高精度无缝拼接,得到大面积高分辨率的光学元件表面损伤图像;最后,对损伤图像进行后处理得到损伤个数和损伤面积等信息。实验结果表明:装置在5 min内实现了光学元件表面15 mm15 mm区域的扫描拼接和检测,成像系统分辨率优于228 lp/mm,图像拼接误差小于2 pixel。     

红外探测器专用前置放大电路低温特性的研究

红外探测系统被广泛地应用于航空航天、军事、通信等领域。前置放大器低温性能的改善直接影响到整个系统探测精度的提高。从理论上分析了MOS器件低温性能参数的变化，设计了一种红外探测器处理电路专用的CMOS低功耗电流型前置放大器，并采用0.35 ?滋m标准CMOS工艺流片，进行了常温(300 K)和低温(77 K)测试。测试结果表明，该运放电路在低温工作时放大倍数线性度良好，功耗等性能得到改善；但是带宽、失调、输入线性范围等性能下降。针对实验结果给出了初步理论分析。     

低温下功率MOSFET的特性分析

文章完成了对功率MOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）闽值电压和通态阻抗在77K-300K范围内的实验测试，并结合上述两个参数宽温区的数学模型进行了相应的分析．从实验结果中．我们发现阀值电压随温度的降低略有升高；而通态阻抗随温度的降低则下降得非常明显。通态阻抗是影响功率MOSFET开关损耗的重要参数，所以在低温下功率MOSFET的开关损耗将大幅度下降。     

Low temperature FIB cross section: Application to indium micro bumps

This paper presents the interest of low temperature FIB cross section on indium micro bump. Experimental setup and results which demonstrate the interest of cooling the sample are detailed. We will explain the artefacts observed during FIB milling at room temperature. The Ga ions interact with indium to create locally an eutectic alloy, with melting point below room temperature. Inside the vacuum chamber, this eutectic alloys sublimates quickly and voids appear in the cross section. Cooling the sample with cryogenic stage enables to perform “clean” cross section without these artefacts.     

RADIATION FROM THE CRYOGENIC CALIBRATION LOAD FOR MICROWAVE RADIOMETERS

A styrofoam layer is introduced to the cryogenic calibration load for microwave radiometers in order to keep the antenna at ambient temperature while calibrating. Obviously the insulation layer has nonuniform temperature profile. A novel approach based on the transmission-line theory is presented to calculate the emission from the load. According to the sample calculation through this new approach, the contribution of the insulation layer to the load radiation can not be neglected.     

红外遥感低温制冷器的进展

与红外探测器配套的低温制冷器是军用急需发展的高新技术产品，国内研制已接近国际先进水平，基本掌握了小型化、低振动、长寿命、细方形漆包线制作，间隙密封、消除电磁干扰等关键技术，介绍了研制的直线电机谐振压缩机的主要技术性能。希望主管、用户、研制、生产各方通力合作，在应用和改进过程中，实现我国低温制冷器的产业化。     

Cryogenic etching of n-type silicon with p doped walls with the TGZM process through the Al/Si eutectic alloy

The dry etching of n-type silicon with p⁺ doped walls was studied with the cryogenic etching directly after the thermomigration process. The selectivity between n-type silicon and p⁺ doped silicon was first considered in SF₆/O₂ plasma. No selectivity was observed between these two zones. Thereafter, the capacity of the Al/Si eutectic alloy covered with a thin film of Al₂O₃ to play the role of hard mask for the etching was confirmed, always in the case of SF₆/O₂ plasma. Finally, the etching of 50 μm deep trenches through the Al/Si alloy was performed using three different types of process.     

低温光学系统两级温区的设计与分析

在低温光学系统内建立两级温区是红外弱目标双波段探测的基础和关键,采用氦气压缩式制冷技术,通过精密的结构、热、光学设计和分析,实现了低温光学系统内两个低温温区的隔离与建立,一级温区80～100 K,二级温区40～80 K,控温精度±0.5 K,温区内最大温差2.4 K,两温区独立控温、互不干扰,克服了国内低温光学研究受液氮制冷对温度和使用条件的限制,使国内低温光学的研究达到了具有更低工作温度和双温区同时工作的水平。     

Modeling of circuits with strongly temperature dependent thermal conductivities for cryogenic CMOS

When designing and studying circuits operating at cryogenic temperatures understanding local heating within the circuits is critical due to the temperature dependence of transistor and noise behavior. Local heating effects of a CMOS ring oscillator and current comparator were investigated at T=4.2 K. In two cases, the temperature near the circuit was measured with an integrated thermometer. A lumped element equivalent electrical circuit SPICE model that accounts for the strongly temperature dependent thermal conductivities and special 4.2 K heat sinking considerations was developed. The temperature dependence on power is solved numerically with a SPICE package, and the results are typically within 3σ of the measured values for local heating ranging from to over 100 K.     

采用MEMS技术高选择性、电子调谐式低温滤波器

描述了一种使用HTS/AuMEMS 开关电容器阵的低插损电子调谐式滤波器。同步将每个谐振器的电容值以相同变化量变化,两极滤波器就得到调谐。单极谐振器在3500～5000之间的K 系数得到了证明。在77K 平均Q 值为7000 时的总调谐范围大约为25%。     

Compact modeling of 0.35 μm SOI CMOS technology node for 4 K DC operation using Verilog-A

Compact modeling of MOSFETs from a 0.35 μm SOI technology node operating at 4 K is presented. The Verilog-A language is used to modify device equations for BSIM models and more accurately reproduce measured DC behavior, which is not possible with the standard BSIM model set. The model presented exhibits convergent behavior and is shown to be experimentally accurate at 4 K. No design tool currently in place exhibits convergence and/or accuracy over this range. The Verilog-A approach also allows the embedding of nonlinear length, width and bias effects into BSIM calculated curves beyond those that can be achieved by the use of different BSIM parameter sets. Nonlinear dependences are necessary to capture effects particular to 4 K behavior, such as current kinks. The 4 K DC behavior is reproduced well by the compact model and the model seamlessly evolves during simulation of circuits and systems as the simulator encounters SOI MOSFETs with different lengths and widths. The incorporation of various length/width and bias dependent effects into one Verilog-A/BSIM4 library, therefore, produces one model for all sets of devices called up in a given product design kit (PDK) for this technology node.