用简单光学系统制造闪耀全息光栅

1.前言全息光栅通常是用双光束干涉系统制造在光敏的位相型材料上。干涉条纹是正弦强度公布的,但是槽形不一定是正弦形的,因为存在曝光和显影条件的变化。Sheridon指出,当干涉场的波节面与光敏层倾斜时,显影后获得锯齿轮廓的槽形。这样的平面全息光栅具有和刻划光栅那样好的闪耀效率。从原理上来讲,全息光栅是没有任何周期误差,并且制造时间比刻划光栅短得     

光栅刻划刀架系统的运行精度对光栅光谱性能的影响

采用菲涅耳-基尔霍夫衍射理论建立了存在刻线弯曲和刻线位置误差的光栅衍射谱成像数学模型,分析了上述误差对光栅光谱性能的影响。针对刻划刀架系统运行不稳定问题,设计了一套光学测量结构,并提出了刻划刀架系统的机械改进方案:采用双侧柔性铰链式结构代替原有的鞍型滑块与刻划刀架的固定连接方式。最后,进行了刻划刀架系统运行稳定性测试和光栅刻划实验。刻划刀架运行稳定性测试实验表明:改进后的刻划刀架系统运行稳定性比改进前有显著改善,位移曲线重复性误差PV值由127nm降低到13nm,降低了约89%。光栅刻划实验表明,刻划刀架系统改进后,光栅光谱性能有明显的改善,光栅杂散光得到了有效抑制。得到的实验结果与仿真分析结果较为一致,为提高机械刻划光栅质量提供了理论及技术保障。     

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。     

全息光栅制作中光栅掩模槽形形状随光刻胶特性曲线的演化规律

为分析光栅槽形形成的基本原理及槽形随光刻胶特性曲线的演化规律,建立了显影过程中光栅掩模槽形形成的演化模型。基于光刻胶溶解速率在不同曝光量区间的变化,将光刻胶特性曲线分成3个不同区域并分析各区域在光栅掩模槽形形成中的作用,讨论了在不同光刻胶特性曲线条件下光栅掩模槽形的演化规律。结果表明:当光刻胶非线性效应显著时,掩模槽形易形成矩形或梯形,此时槽深由原始胶厚决定;当光刻胶线性效应较显著时,槽形形成正弦形同时槽深有所减小。该模型正确反映了光栅槽形随光刻胶特性曲线变化的演化规律,为通过控制光刻胶特性曲线制作多种掩模槽形提供了理论依据及方法。     

刻划计量光栅累积误差的修正

光栅刻划机在精密调整后,并在20℃±0.02的严格恒温控制下,经过五十八小时工作,刻制了每毫米100槽线纹长20毫米全长500毫米的铬线长度计量光栅。由于刻划机本身的精度和温度误差的影响,光栅尺存在着累积误差。根据上海计量局激光光波比长仪的检定,得到了误差数据。我们按照误差数据所描绘的曲线修正刻划机械,使长度刻划计量光栅的精度大大提高。一、长度计量光栅累积误差的检定方法与误差产生的原因     

圆光栅副多头取样信号分析

本文研究了在圆光栅系统中光栅黑白比改变,听引起的莫尔信号变化;指出一般的圆光栅副(小间隙、中径处黑白比为1)取样时,在刻划中径附近的区域其信号可用三角波表示,多头读数时的合成信号可以解析得到,合成信号的分析变得便利而直观。莫尔信号多头迭加由计算机编程模拟,频幅分析采用FFT 算法,大大缩短了分析众多参数所需的时间。     

高非线性光子晶体光纤中布拉格光栅的制作

采用相位掩模版法实验研究了高非线性掺锗光子晶体光纤中布拉格光栅的制作。实验中采用的光子晶体光纤的非线性系数约为12 W^－1km^－1,模场直径约为2.4 mm。 分析了布拉格光栅的反射率随着曝光脉冲数的变化,随着曝光脉冲数的增加其反射率逐渐达到饱和,继续增加曝光量发射率开始下降。实验验证了可以在高非线性光子晶体中写入布拉格光栅,得到光栅的反射率为44.4%,这对于研究光纤布拉格光栅的非线性效应和应用具有重要意义。讨论了影响布拉格光栅写入效率的因素。     

大型衍射光栅刻划机拉杆结构的分析与改进

由于大型衍射光栅刻划机刻划系统的双拉杆结构不能使其满足精度指标要求,本文设计了一套单拉杆结构。讨论了石英导轨分度方向弯曲误差产生的原因及其减小该误差的方法,分析和比较了两种拉杆结构的鞍型滑块的受力情况。基于材料力学弯曲变形理论,建立了石英导轨分度方向弯曲误差模型。在该模型的基础上仿真了双、单拉杆结构下刻划系统的石英导轨在分度方向上的弯曲变形误差。最后,使用双频激光干涉仪对石英导轨上的两个特征测量点进行了测量。测量结果显示:改进后的拉杆结构使得石英导轨在两特征测量点处的位移误差由50.36nm降低到小于10nm,满足大型衍射光栅刻划机刻划系统在分度方向上5~10nm的精度指标要求。     

基于图像清晰度检测的光栅刻划平台调平装置

针对制备衍射光栅时刻划平台倾斜导致的光栅槽型误差,提出了一种基于图像清晰度检测与电动倾斜台调节的光栅刻划平台在线调平装置。建立了图像清晰度与光栅刻划平台倾角间关系的模型,应用该模型,控制光栅刻划平台在一定范围内实现了闭环动态调平。对上述理论研究进行了试验验证。试验结果表明,该调平装置简单可行;对于50mm×50mm的光栅毛胚,调平装置可控制刻划平台的水平倾角在4″以内,满足光栅刻划对平台定位精度的要求。该装置既可用于刻划前的调平准备,也可推广应用于光栅刻划过程中的实时检测。     

计量圆光栅环形莫尔条纹的刻划偏心调试误差分析

本文对刻划不通过中心的计量圆光栅,环形莫尔条纹,刻划时的偏心调试误差进行了讨论。并提出了刻划时偏心调试误差的公差范围。这对提高计量圆光栅的莫尔条纹位置精度及刻划质量,有一定的实际意义。     

镀铬对光刻胶全息光栅掩模槽形的影响

为了研究镀铬对光刻胶光栅掩模槽形的影响,分析了铬膜反射引起的沿垂直光刻胶表面的驻波效应。分析表明驻波效应的对比度为0.28,不能忽略。将镀铬基底与普通的玻璃基底的掩模槽形对比,发现明显的不同。槽形模拟表明这种不同是由于驻波效应引起的。驻波效应会使掩模形成阶梯结构,且阶梯高度差正好为驻波波节间距离。     

基于应变梯度理论的光栅铝膜本构关系表征及纳米压痕实验

基于应变梯度理论,提出了一种玻璃基底光栅铝膜本构关系的表征方法。建立了包含基底参数和铝膜参数的本构关系数学模型,并逐一表征了相关参数。进行了79g/mm中阶梯光栅铝膜的纳米压痕实验,验证了上述本构关系表征过程的正确性。提出了光栅薄膜材料和基底材料都具有尺度效应的假设,并应用纳米压痕实验对铝膜的尺度效应和基底效应进行了实验表征。对光栅铝膜压痕实验与含基底压深实验的结果进行了比较,结果显示,在有无基底条件下,压痕结果在应力方向上相差0.8倍,在应变方向上相差3倍。进行了光栅刻划实验,结果显示压痕实验对刻划实验具有重要的指导作用。研究过程及研究结果表明:理论分析和两种实验可有效地分析光栅刻划过程,有助于在实际光栅刻划过程中减小误差,对光栅刻划的工艺过程具有较好的理论指导意义。     

Fabrication of suspended micro-structures using diffsuser lithography on negative photoresist

We report the results of diffuser lithography applied to a negative-type thick photoresist to fabricate 3-dimensional microstructures suspended on supports. When UV light passes through a diffuser film, the direction of the light is randomized because of the irregular surface of the diffuser. By exposing through a diffuser on a Cr-mask, a circular or an elliptical cross-section of exposed region can be formed on a spin-coated photoresist. When applied to a negative-type thick photoresist, diffuser lithography gives a 3-dimensional circular cross-section of the exposed and cross-linked regions, which could be used for making suspended microstructures. The size of the exposed region has been controlled by the dose of the UV light. The current study clearly shows that the depth of exposed region of photoresist is affected by the geometry of the pattern. By controlling the depth of the exposed region using different pattern size, beam structures suspended on the support structures could be fabricated by single exposure process. The characteristics of the diffuser lithography process were investigated on a negative type photopolymer, SU-8, with different doses of UV-light and different geometry.     

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。     

用于分布反馈光栅的纳米压印模板制作

高质量、低成本的压印模板的获得是采用纳米压印技术制作分布反馈光栅的难点,本文采用双层金属掩模及liftoff金属剥离方法制作了适用于紫外压印技术的石英基压印模板.首先,采用电子柬光刻技术在镀钛的石英基片表面直写出DFB光栅的光刻胶图形,接着,在其表面溅射一层金属镍并进行金属剥离得到与光刻胶相对的图形,最后采用电感耦合等...     

真空紫外闪耀硅光栅的制作

摘 要：本文基于单晶硅在KOH溶液中的各向异性刻蚀的特性,在相对于Si（111）面偏向切割5度的单晶片上制作1200线/毫米的闪耀光栅。工艺上结合全息干涉以及光刻胶灰化技术,得到小占宽比、平滑且干净的光刻胶掩模,用湿法刻蚀将光栅图形转移到硅单晶表面的天然氧化层上,并将其作为硅各向异性刻蚀的掩模,成功获得接近于理想槽形的锯齿形闪耀光栅。经过原子力显微镜对闪耀面进行分析,表面均方根粗糙度约为0.2nm,这对光栅在短波光学上的应用显得尤为重要。经过真空紫外波段的效率测量,发现光栅在135nm波长处显示出良好的闪耀特性。此方法可以应用于极紫外和软X射线波段的光栅制作上,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。     

Multibeam laser writing of diffractive optical elements

A new version of the method of direct multibeam laser writing of diffractive optical elements (DOE) is proposed and investigated. A writing area in the form of an array of focused light spots is formed by splitting the writing laser beam into multiple beams by using a Dammann grating and focusing of these beams in the plane of a moving carrier with a photosensitive material. Adjustment of the radial pitch of writing and correction of the uniformity of the beam intensity is carried out by tilting the Dammann grating and displacing it in the dispersion direction. In writing DOEs, the radial pitch of discrete displacement of the writing area with respect to the plane of the DOE is set equal to or multiple of the average radial distance between the radial projections of the centers of the focused light spots. This version provides improved performance and accuracy due to high-quality paralleling of the writing beam and the averaging effect in superimposed writing.     

大高宽比、高线密度X射线透射光栅的制作

利用电子束光刻、X射线光刻和微电镀技术,成功制作了面积为1 mm × 1 mm,周期为300 nm,金吸收体厚度为1 μm的用于X射线显微成像技术的透射光栅。首先利用电子束光刻和微电镀技术在Si3N4薄膜上制作周期为300 nm,厚度为250 nm的高线密度光栅掩模。然后利用X射线光刻和微电镀技术复制厚度为1 μm,占空比接近1：1,高宽比为7的X射线透射光栅。整个工艺流程充分利用了电子束光刻技术制作高分辨率图形和X射线光刻技术制作大高宽比结构的优点