台阶型微闪耀光栅面阵实现二维全混洗变换

基于台阶型微闪耀光栅衍射效率高、特征尺度小、集成度高和加工容易等特点,提出了利用台阶型微闪耀光栅面阵实现二维全混洗变换的方法。讨论了一维和二维全混洗的变换规则和数学定义;通过对刻蚀过程中各单元光栅的刻槽取向和周期的控制,使信号光满足所需要方向的闪耀输出,制作出一维和二维的微闪耀光栅面阵,在自由空间分别实现信号光的一维和二维全混洗变换。最后,比较与讨论了微闪耀光栅实现全混洗变换的方法。理论分析和实验结果均表明:该方法与传统的通过信号光矩阵的分割成像、放大、重组、叠加操作不同,它利用单一器件的衍射特性来控制信号光的取向和光强的分布,从而实现二维全混洗变换。因此,该方法具有光能量利用率高、控制简便、易操作和易集成的特点,充分体现了二维全混洗变换在光通信和光信息处理中具有的高空间带宽积和多自由度的特点。     

真空紫外硅闪耀光栅的制作

利用单晶硅在KOH溶液中的各向异性刻蚀特性,在相对Si(111)面切偏角为5°的单晶片上制作了1200gr/mm的真空紫外闪耀光栅。结合全息干涉曝光以及光刻胶灰化技术,在单晶硅表面得到了小占宽比的高质量光刻胶掩模,用湿法刻蚀将光栅掩模图形转移到单晶硅表面的天然氧化层上,并将其作为硅各向异性湿法刻蚀的掩模,成功获得了接近于理想锯齿槽形的闪耀光栅。用原子力显微镜分析光栅闪耀面,结果表明其表面均方根粗糙度约为0.2nm。在真空紫外波段对其进行衍射效率测量,发现光栅在135nm波长处显示出良好的闪耀特性。此方法可以应用于真空紫外和软X射线波段的光栅制作,在获得较高的槽形效率的同时,可以大大减少其制作难度及成本。     

单体大尺寸高精度全息光栅制造技术综述

单体大尺寸高精度全息平面光栅是高端浸没式光刻机、惯性约束核聚变等高端装备和重大工程的核心器件,制造难度极高。本文综述了单体大尺寸高精度全息平面光栅的主要制造技术,介绍了基于单次大尺寸干涉光刻技术和干涉光刻步进拼接技术的单体大尺寸高精度全息平面光栅制造技术的研究进展以及存在的问题,并着重对基于扫描干涉光刻技术的单体大尺寸高精度全息光栅制造技术的研究进展进行论述。最后,总结了大尺寸高精度平面光栅制造技术——扫描干涉光刻技术的发展趋势。     

激光外差干涉中声光器件的非均匀声场特性

针对声光晶体内部的声波反射使晶体内声场分布不均匀,影响衍射效率和衍射光场分布,降低激光外差干涉效率的现象,以不改变声光设备为前提提出了光切趾方法.以TeO2晶体为基底,理论分析声光器件的声场分布、体光栅衬度及其对衍射光效率的影响.提出非均匀光栅衬度模型,并利用光切趾法控制空间声场非均匀分布.通过理论仿真结合实验测量,证...     

基于瞳面干涉的自参考干涉仪的研制EI北大核心CSCD

为了用更简单的光学器件使对准标记产生的衍射光实现重叠干涉,同时能够降低对准系统的加工和装调难度,设计了基于瞳面干涉的自参考干涉仪系统。首先,对当前光刻机所使用的对准技术展开研究,以光栅衍射原理和偏振光学为理论基础,提出了用Koster棱镜作为合光器件的自参考干涉仪,最后使用线阵CCD收集信号并将数据用计算机做后续的位置信息处理。由于自参考干涉仪测量系统是以光栅的栅距作为测量基准,而不是使用激光波长,故测量系统受环境因素造成的测量误差影响较小。实验结果表明:系统分辨率为0.2 nm,使得该系统可以达到纳米级分辨率。证明了所设计的干涉仪可用于目前前道光刻机的对准系统,实现纳米级精度的对准测量,从而使光刻设备的套刻精度满足最新工艺节点的要求。     

基于瞳面干涉的自参考干涉仪的研制

为了用更简单的光学器件使对准标记产生的衍射光实现重叠干涉,同时能够降低对准系统的加工和装调难度,设计了基于瞳面干涉的自参考干涉仪系统。首先,对当前光刻机所使用的对准技术展开研究,以光栅衍射原理和偏振光学为理论基础,提出了用Koster棱镜作为合光器件的自参考干涉仪,最后使用线阵CCD收集信号并将数据用计算机做后续的位置信息处理。由于自参考干涉仪测量系统是以光栅的栅距作为测量基准,而不是使用激光波长,故测量系统受环境因素造成的测量误差影响较小。实验结果表明:系统分辨率为0.2 nm,使得该系统可以达到纳米级分辨率。证明了所设计的干涉仪可用于目前前道光刻机的对准系统,实现纳米级精度的对准测量,从而使光刻设备的套刻精度满足最新工艺节点的要求。     

紫外全息闪耀光栅的制作

通过理论计算研究了影响闪耀光栅衍射效率的因素,并利用离子束刻蚀模拟程序模拟刻蚀闪耀光栅来确定闪耀光栅的制作参数。以理论计算的闪耀光栅参数为依据,以刻蚀模拟程序为指导,基于全息-离子束刻蚀工艺制作了闪耀波长分别为250nm和330nm,光栅尺寸分别为85mm×85mm,60mm×60mm,线密度均为1200lp/mm的闪耀光栅。第一种光栅闪耀角为8.54°,非闪耀角为72°,其250nm波长自准直入射时的-1级衍射光衍射效率约为81%;第二种光栅闪耀角为11.68°,非闪耀角为74°,330nm波长自准直入射时的-1级衍射光衍射效率约为80%。实验结果表明,提出的方法可以在制作闪耀光栅的过程中实现对闪耀角的精确控制,获得的实验结果与理论计算结果符合较好。利用该方法能够在大尺寸基底上获得衍射效率75%的紫外闪耀光栅。     

紫外平面全息正弦光栅与闪耀光栅部分特性的理论研究

基于有限电导率光栅的微分理论,对工作在紫外光区的全息正弦光栅和三角槽形光栅的衍射效率做了数值计算。给出了紫外全息光栅的闪耀特性分布曲线并分析了三角槽形光栅顶角大小对衍射效率的影响。     

闪耀透射光栅衍射规律的分析和验证

基于标量理论研究了不同槽形角,不同刻线密度的透射式闪耀光栅对使用波段的影响,推导了闪耀透射光栅的衍射光能量分布规律。分析证明了透射闪耀光栅在衍射能量最强方向上衍射光的衍射角与入射光的入射角之间的关系满足Snell定律。给出了入射角、衍射角与槽形角之间的关系式,研究了不同刻线密度和槽形角条件下衍射光能量分布的规律。对闪耀透射光栅进行了测量和比较,结果表明:已有闪耀透射光栅测量的结果与理论计算数据相吻合。制备了聚二甲基硅氧烷(PDMS)可调谐闪耀透射光栅,应用研究的理论公式测量了该闪耀透射光栅在拉伸与自由状态下的闪耀波长和光栅刻线密度,结果显示其波长测量误差在5nm以内。拟合了光栅的等效槽形,验证了实时监测PDMS光栅槽形和刻线密度随拉力大小变化的规律。     

全混洗变换的光学实现方法

在有关文献对全混洗讨论的基础上,补充、完善了左逆混洗、右混洗和右逆混洗的研究。针对目前已经采用的实现左混洗变换方法的不足,提出了利用微光学衍射元件(微闪耀光栅阵列)实现全混洗变换的方法。通过对微闪耀光栅阵列周期参数的确定,可以控制信号光在空间闪耀输出的方向和闪耀角的大小。利用反应性离子刻蚀技术制得了1×8的微闪耀光栅阵列,成功地实现左混洗变换,该方法同样可以实现左逆混洗、右混洗和右逆混洗变换。实验结果表明,与其它实现方式相比,该方法具有器件尺寸小、衍射效率高(理论上衍射效率可达到95％左右)、光路简便易行、易微型化和集成化等特点,能够用于多级互连构建全混洗光互连网络。     

Pattern-integrated interference lithography instrumentation

Multi-beam interference (MBI) provides the ability to form a wide range of sub-micron periodic optical-intensity distributions with applications to a variety of areas, including photonic crystals (PCs), nanoelectronics, biomedical structures, optical trapping, metamaterials, and numerous subwavelength structures. Recently, pattern-integrated interference lithography (PIIL) was presented as a new lithographic method that integrates superposed pattern imaging with interference lithography in a single-exposure step. In the present work, the basic design and systematic implementation of a pattern-integrated interference exposure system (PIIES) is presented to realize PIIL by incorporating a projection imaging capability in a novel three-beam interference configuration. A fundamental optimization methodology is presented to model the system and predict MBI-patterning performance. To demonstrate the PIIL method, a prototype PIIES experimental configuration is presented, including detailed alignment techniques and experimental procedures. Examples of well-defined PC structures, fabricated with a PIIES prototype, are presented to demonstrate the potential of PIIL for fabricating dense integrated optical circuits, as well as numerous other subwavelength structures.     

全息波导耦出光栅出瞳亮度均匀性的改善

目前在AR领域,存在着全息波导显示系统的耦出光栅出瞳亮度不均匀的问题,设计并制作了一种衍射效率渐变的全息光栅以进一步提高显示光路中耦出光栅的出瞳亮度均匀性。提出移动遮挡板方案,以实现分区域地改变全息干版的曝光时间,使得到的全息光栅的衍射效率具有渐变特性,并对实验结果进行研究和分析。结果表明,系统中耦出光栅的出瞳亮度均匀性由28.57%提高到57.14%。因此采用的全息光学元件的拍摄光路和曝光方法,可以有效改善全息波导耦出光栅出瞳亮度均匀性。     

采用波前分割法的接近式光刻掩模版局部优化

针对接近式紫外光刻图形转移中的曝光形状失真问题,采用波前分割的方法对掩模图形上的波前进行区域划分,并利用光场相干叠加相互抵消的性质,最终得到掩模图形上对场点光场影响最大的波前区域,并得到实验验证.应用模拟退火算法对掩模特征处进行局部优化,在保证优化效果的基础上,使优化过程大大简化.     

全息离子束摆动刻蚀凸面闪耀光栅制备技术

高衍射效率的凸面闪耀光栅是高光谱分辨率成像光谱仪的核心分光元件,其制作方法包括机械刻划法、电子束直写法、X射线光刻法、全息离子束刻蚀法等,其中全息离子束刻蚀法因为具备良好的各向异性,不受尺寸与曲面形状限制,杂散光低,完全没有鬼线,制造时间短等优点成为现今光栅制造领域常用方法之一.传统全息离子束刻蚀凸面光栅时基底的弯曲会...     

衍射双波段红外光学系统设计

基于定向光栅能对不同波长的不同级光谱闪耀的原理,从一种比较新颖的角度将衍射光学元件成功地应用于双波段红外光学系统设计,使系统在衍射效率达80%的中波红外波段3.8～4.2μm和长波红外波段8.8～11.5μm同时较好地完成像差校正,会聚到共同的焦点。最后以一个f/2单透镜衍射光学系统进行了验证。设计结果表明,此双波段光学系统结构紧凑、原理简单、不需要额外的机械设备,为双波段成像、探测提供了一条新的思路。     

Quantitative evaluation of high-resolution features in images of negatively stained Tobacco Mosaic Virus

This study investigates the causes of the apparent differences between the optical diffraction pattern of a micrograph of a Tobacco Mosaic Virus (TMV) particle, the optical diffraction pattern of a ten-fold photographically averaged image, and the computed diffraction pattern of the original micrograph. Peak intensities along the layer lines in the transform of the averaged image appear to be quite unlike those in the diffraction pattern of the original micrograph, and the diffraction intensities for the averaged image extend to unexpectedly high resolution. A carefully controlled, quantitative comparison reveals, however, that the optical diffraction pattern of the original micrograph and that of the ten-fold averaged image are essentially equivalent. Using computer-based image processing, we discovered that the peak intensities on the 6th layer line have values very similar in magnitude to the neighboring noise, in contrast to what was expected from the optical diffraction pattern of the original micrograph. This discrepancy was resolved by recording a series of optical diffraction patterns when the original micrograph was immersed in oil. These patterns revealed the presence of a substantial phase grating effect, which exaggerated the peak intensities on the 6th layer line, causing an erroneous impression that the high resolution features possessed a good signal-to-noise ratio. This study thus reveals some pitfalls and misleading results that can be encountered when using optical diffraction patterns to evaluate image quality.     

宽波段全息-离子束刻蚀光栅的设计及工艺

设计和制作了一种在同一基底上具有多闪耀角的宽波段全息-离子束刻蚀光栅。提出了组合形成宽波段全息-离子束刻蚀光栅的分区设计方法,优化了3种闪耀角混合的宽波段全息光栅设计参数,并利用反应离子束刻蚀装置对该光刻胶掩模进行刻蚀图形转移,采用分段、分步离子束刻蚀技术开展了获得不同闪耀角的离子束刻蚀实验。最后在同一光栅基底上分区制作了位相相同,并具有9,18,29°3个不同闪耀角,口径为60mm×60mm,使用波段为200~900nm的宽波段全息光栅。衍射效率测试结果显示其在使用波段的最低衍射效率超过30%,最高衍射效率超过50%,实验结果与理论计算结果基本符合。与其它方式制作的宽波段光栅相比,采用宽波段全息-离子束刻蚀光栅不但工艺成熟,易于控制光栅槽形,而且光栅有效面积尺寸较大,便于批量复制。     

中阶梯光栅光谱仪光学系统的安装及检测

本文详细介绍了中阶梯光栅光谱仪光学系统的安装及检测方法。通过对光学系统中狭缝、准直镜、棱镜、中阶梯光栅及聚焦镜的准确安装,使之达到设计精度要求。在光学元件的安装过程中介绍了中阶梯光栅光谱仪所特有的安装方法,及保证精度的手段,最后对光学系统的分辨率进行了检测,以瑞利判据为基础推导出分辨率的计算公式,并经实际测量得出了中阶梯光栅光谱仪的分辨率。从结果上看该中阶梯光栅光谱仪的分辨率达到10000,已经达到了设计要求,同时证明了所使用的安装方法的正确性。