国外衍射光栅动态

本文叙述国外衍射光栅的简史,光栅工业概况,光栅刻机的研究与改进,干涉控制机床情况,光栅刻划中的一些问题,光栅检定,全息光栅,平面衍射光栅的选择和国外部分光栅供应情况。     

建所以来衍射光栅工作介绍

引言长春光机所衍射光栅的研究工作是1958年开始的。经二十多年的努力建立了一整套光栅刻划机设计、加工、装调技术,制造了4台三种类型的光栅刻划机,并向国内七个光学仪器厂推广,建立了光栅检验设备及六项光栅性能指标的检验方法。掌握了从近紫外、可见到近、中红外光栅刻划的基本技术。建立了光栅复制工艺。已向国家提供原刻光栅及复制光栅近百个品种,一千余块。近年来,又开展了大光栅机、凹面光栅机构、全息光栅及其它光栅的研究和设计工作。下面就几个方面分别介绍。     

高效平面全息衍射光栅的获取方法

从全息衍射光栅的制作原理出发,介绍了全息光栅的主要制作方法,并与刻划光栅对比分析了全息衍射光栅的诸多优点。通过利用光栅设计的耦合波理论对全息衍射光栅槽型、槽深及槽间距等进行了优化设计,同时利用离子束刻蚀技术获得了高效率全息光栅。文中全面分析了制作高效率平面全息光栅的各项关键技术。     

机械刻划长焦距凹面金属光栅的研制

对大曲率半径(即长焦距)金属基底凹面光栅的机械刻划技术做了研究。为了刻制长焦距凹面光栅,设计和研制了弹性顶针式光栅刻划刀刀架,它具有适用于刻划平面光栅和长焦距凹面光栅的双重功能。给出了描述光栅刻划刀圆弧形刀刃曲率半径与凹面光栅曲率半径、光栅口径、金刚石刀头横向尺寸之间关系的数学表达式,理论分析了光栅刻划刀圆弧形刀刃曲率半径的取值范围,研制了10.6 μm激光系统用曲率半径为30 m的凹面金属光栅。检验结果表明,光栅的槽形质量较好,光栅的衍射效率可达96.8%以上。     

光栅衍射效率的理论计算及实验验证

本文给出了一组可用于计算任意光栅绝对衍射效率的积分方程。通过解这些方程给出了三类光栅的效率曲线:红外光栅、可见光栅和掠入射光栅。本文还分析了光栅槽形顶角对光栅衍射效率的影响,并研究了掠入射光栅槽形衍射面角的选值问题,最后,给出了一些计算效率值的实验结果。     

平面衍射光栅刻划机

目前,绝大部分使用的平面衍射光栅,是在光栅刻划机刻出的光栅上复制出来的复制光栅.因此,由光栅刻划机刻出的光栅叫原刻光栅或母光栅.光栅刻划机是制造光栅的最主要设备.由于衍射光栅有精度要求高(一般在0.01微米数量级),刻划周期长(一般约五昼夜)的特点,光栅刻划机以及机器所处的条件必需与之相适应.我们已设计制造成功四台平面衍射光栅刻划机,机器所需恒温、隔振条件也已解决,现正着手设计第五台光栅刻划机,下面谈几点体会.     

Ⅵ型全息凹面光栅在单色仪中的应用

前言近二十年来,随着光栅刻划和复制技术的发展,光栅单色仪已广泛地应用于光谱分析中。在国外,光栅单色仪已有较完整的系列。国内一些科研单位和工厂也先后研制出不少型号的平面光栅单色仪。近年来激光全息技术在光栅制造上的应用已经进入商品阶段,因此研制和生产全息凹面光栅单色仪的任务就提到日程上来了。用全息凹面光栅比用普通的平面衍射光栅制造单色仪具有很多优越性。凹面光栅除具有     

大尺寸反射式光栅拼接技术的研究进展

大尺寸反射式光栅是提高天文光谱仪分辨率和啁啾脉冲放大系统输出能量的核心元件。随着天文和激光核聚变技术的发展,大尺寸反射式光栅的研制已成为国内外学者研究的热点。相较于单块大尺寸反射式光栅的研制,拼接法以其难度系数低、制作成本低和待拼接的小光栅易制作、质量高等优点成为了制作大尺寸反射式光栅的主要方法。本文介绍了大尺寸反射式光栅拼接技术的基本原理,详细综述了光栅拼接技术的研究进展,包括光栅拼接误差检测理论、光栅拼接误差分离、拼接光栅波前相位校正、光栅拼接误差维数的削减和光栅拼接装置,最后总结了光栅拼接技术的优缺点并指出了其未来的发展方向。     

基于精密刻划及薄膜沉积技术的光盘分束光栅研制

尝试了采用光栅刻划和镀膜技术相结合研制光盘分束光栅的方法。采用光栅刻划机在金属膜上刻制占宽比为1:1的黑白光栅,并由黑白光栅翻制出制作光盘分束光栅的掩模版。通过掩模版对涂覆在K9玻璃基底上的光刻胶实施曝光和显影形成光刻胶矩形浮雕光栅,在理论设计的误差允许范围内,对此浮雕光栅沉积SiO2薄膜、去除残余光刻胶后得到SiO2矩形光栅母版,再经复制工艺制作了环氧树脂光盘分束光栅。测试结果表明,利用光盘分束光栅的纵向和横向加工误差的互补性,可以使光栅辅助光束与读写主光束强度之比的误差控制在±0.03之内。     

基于严格耦合波理论的亚波长光栅优化设计

亚波长衍射光栅的衍射效率不但与入射光的特性有关,而且与光栅结构和折射率等参数有关。采用严格耦合波理论对亚波长光栅的衍射效率公式进行了推导,对不同光栅结构参数(周期、槽深,占空比)和光栅脊、槽的折射率的亚波长衍射光栅的衍射效率进行了数值计算并用MatLab软件进行仿真模拟,光栅槽深与周期的比值为0.425,占空比为0.507,并且光栅脊、光栅槽的折射率为2.37时,得到具有最佳滤波和衍射效果的亚波长光栅的优化结构。     

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。     

一种可控曲面光栅的研制

提出了一种制作曲面变间距光栅的方法。首先在平面基片上制作光栅,然后通过一种高分子材料(PDMS)作为载体将光栅转移到曲面上,而事先涂在曲面上的混合溶胶-凝胶取代了传统的光刻胶,使得光栅的制作效率大大提高。采用这种方法在曲率半径为100 mm的凹球面基底上制作了平均线密度为80 l/mm的光栅,并用环境扫描电镜以及数字图像处理法检测了光栅的线密度分布。检测结果表明:光栅质量好,条纹清楚,衍射效率也没有降低。所制曲面光栅具有平面光栅和透镜两种光学器件的功能,可用曲面变间距光栅一种光学元件取代透镜和平面光栅两种光学元件,简化了光路,提高了制作效率,降低了成本。     

热压增大光刻胶光栅占宽比的方法及其应用

全息光刻-单晶硅各向异性湿法刻蚀是制作大高宽比硅光栅的一种重要方法,而如何增大光刻胶光栅的占宽比,以提高制作工艺宽容度和光栅质量是急需解决的问题。本文提出了一种热压增大光刻胶光栅占宽比的方法,该方法通过加热加压直接将光刻胶光栅线条展宽。论文详细阐述了其工艺过程,探究了占宽比增加值随施压载荷、温度的变化规律,讨论了施压垫片对光刻胶光栅质量的影响。应用此方法制作了周期为500 nm的硅光栅,光栅线条的高宽比达到了12.6,氮化硅光栅掩模的占宽比高达0.72。热压增大光刻胶光栅占宽比的方法工艺简单、可靠,无需昂贵设备、成本低,能够有效增大占宽比,且获得的光栅掩模质量高、均匀性好,满足制作高质量大高宽比硅光栅的要求。     

用于1 m Seya-Namioka单色仪的 1 200 lp/mm Laminar光栅

针对国家同步辐射实验室燃烧与火焰实验站中1 m Seya-Namioka 单色仪对光栅的需求,采用全息离子束刻蚀工艺制作了1 200 lp/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40 nm的金反射膜,采用热蒸发法镀制厚约60 nm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40 nm,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。     

光栅测量系统的发展趋势及水平

1.光栅数字测量系统发展概况 光栅数字测量系统是数显机床、数控机床和测量机的重要组成部分,是由光栅传感器和光栅倍频器(插补和数字化电子装置)组成。光栅传感器是作为位移测量元件,光栅倍频器是对光栅信号进行电子细分和数字化处理。光栅编码器是利用刻划在各种各样载体(如玻璃、玻璃陶瓷、固态钢或钢带)上的光栅作为测量标准,并通过光电扫描进行分度,编码器的精度和温度特性可以通过刻划和选择载体来优化。光栅编码器又分为直线编码器(光栅尺)和圆编码器,而圆编码器又分为旋转编码器(作为旋转轴的     

大尺寸熔石英采样光栅的研究进展

综述了近五年来为神光装置研制大口径熔石英采样光栅所取得的主要进展。提出了大尺寸采样光栅的化学机械抛光技术,将全息光刻-离子束刻蚀的430mm口径采样光栅的采样效率均匀性控制在均方根值低于5%,满足了采样光栅的设计要求。针对采样光栅的阈值特性,利用二次离子质谱技术,定量表征了采样光栅制备过程中引入的污染及其清洗效果,优化、发展了采样光栅的清洗方法。探索了基于氢氟酸和感应耦合等离子体刻蚀的熔石英基底处理技术,结合干湿法处理技术来去除熔石英光栅基底的亚表面损伤。为进一步提升采样光栅抗激光辐射损伤特性,提出将发展大尺寸熔石英采样光栅的氢氟酸处理方法及具有亚波长减反光栅结构的采样光栅的制备方法。     

计量光栅制造综述

计量光栅作为一种重要的传感器件,广泛应用于工业生产的诸多领域。系统介绍了计量光栅的种类,重点介绍了国内外光栅制造的主要方法、光栅复制工艺以及衡量光栅质量的基本指标和检测方法。     

亚波长光栅的衍射效率

本文使用矢量衍射理论一严格的耦合波理论对亚波长光栅的衍射效率进行了数值计算，得到在不同光栅参数时亚波长光栅的衍射效率，对影响光栅衍射效率的各个光栅参数分别进行分析，讨论了光栅在光栅参数变化时的衍射特性，给出衍射效率随光栅各个参数的变化曲线。由结果可知亚波长光栅的衍射效率随光栅槽的深度以及光栅占空比有着规律性的变化，选取不同的光栅参数就可得到完全不同的衍射效率，这样就为设计出所需要的光栅滤波特性提供了制造依据。     

正交调制复合光栅投影的三维测量机理及仿真

介绍了采用复合光栅来进行快速测量获取物体三维信息的方法。该方法通过投影由载频光栅携带与其正交的相移光栅而形成的复合光栅来进行三维面形测量。建立了基于复合光栅方法的三维测量理论模型,运用复合光栅完整模拟物体恢复的过程,模拟结果证明了该方法的可行性。该方法具有祛噪功能,由于只需投影一幅复合光栅图像和采集一幅变形光栅图像就实现了物体的重建,因此适用于物体三维面形的快速实时测量。     

自扫描圆光栅数字测量系统原理及实验

本文提出了一种新的圆光栅测量系统——自扫描圆光栅数字测量系统。该测量系统由一自扫描光电二极管列阵及粗圆光栅所组成,用被细分的光敏元间距代替光栅姗距作为测量基准,从而可消除光栅栅距刻划误差而带来的测量误差,同时由于粗光栅的应用使系统的抗干扰能力大大提高,因而能解决目前计量圆光栅领域中普遍存在的精度与抗干扰能力及成本的矛盾。实验表明:该系统的测量分辨率较光栅栅距提高上百倍,具有现有计量圆光栅数字测量系统没有的许多优点。