反应离子束刻蚀工艺制作闪耀罗兰光栅

相比类矩形槽罗兰光栅,闪耀罗兰光栅的衍射效率较高,更有利于光谱分析仪器的设计与应用,而国内外尚无产品级闪耀罗兰光栅产品.本文通过类矩形槽形及闪耀槽形的衍射效率优化设计及对比,获得了闪耀槽形优化设计结果;利用反应离子束刻蚀设备制作出3块200~450 nm波段、线密度为2 400 gr/mm、口径为Φ63.5 mm的闪耀罗兰光栅,其中光栅2的峰值衍射效率达到了65%@220 nm,较HORIBA Jobin Yvon公司生产的类矩形槽罗兰光栅产品整体衍射效率高25%,与理论衍射效率相当.实验结果表明,本文所采用的反应离子束刻蚀工艺可实现高衍射效率闪耀罗兰光栅制作,且工艺可控、稳定,所制作的闪耀罗兰光栅衍射效率高于国外同类产品.     

光刻胶灰化用于全息离子束刻蚀光栅制作

针对全息离子束刻蚀衍射光栅制作中，光刻胶光栅浮雕图形的制作是至关重要和困难的，引入伤反应离子刻蚀对光刻胶光栅进行灰化处理，给出光刻胶灰化技术在全息离子束刻蚀衍射光栅制作闪耀光栅、浅槽矩形位相光栅、自支撑透射光栅中的具体应用。实验结果表明，这一新工艺的突出优点是降低了苛刻的全息曝光、显影要求，使得光栅线条光滑、线空比和槽深可控。     

光刻胶灰化用于全息离子束刻蚀光栅制作

针对全息离子束刻蚀衍射光栅制作中,光刻胶光栅浮雕图形的制作是至关重要和困难的,引入O2反应离子刻蚀对光刻胶光栅进行灰化处理,给出光刻胶灰化技术在全息离子束刻蚀衍射光栅制作闪耀光栅、浅槽矩形位相光栅、自支撑透射光栅中的具体应用。实验结果表明,这一新工艺的突出优点是降低了苛刻的全息曝光、显影要求,使得光栅线条光滑、线空比和槽深可控。     

集成光学头用的波导光栅耦合器的制作与性能研究

对集成光学头用的波导光栅器件的制作技术进行了研究。采用热氧化和离子束增强沉积方法分别在Si衬底上制备了SiO2层和玻璃波导层,制成了以Si为基底的光波导．采用PCVD法在该光波导上制备Si-N层,用全息干涉光刻法在Si-N层上制作了周期为1μm的等周期直线光栅,并用离子束刻蚀技术将该光栅转移到了Si-N层中。光栅的倾角约20～30°;一级衍射效率可达120％,具有明显的闪耀光栅特征。该光栅可用作导波光输入输出耦合器。     

电寻址空间光调制器制作灰度掩模技术的研究

介绍了制作微光学元件灰度掩模的两种方案,它们分别使用TFT-LCD(薄膜晶体管液晶显示器)和DMD(数字微镜器件)两种电寻址空间光调制器,采用并行直写和实时掩模技术,提高了灰度掩模制作的速度和灵活性。刷新率的变化和黑栅衍射效应将导致衍射效率下降,使得曝光深度误差增加。前者可延长曝光时间来消除,后者可通过高填充因子和放大滤波电路予以有效抑制。与LCD掩模相比,用DMD掩模制作的闪耀光栅的衍射效率提高了10%以上。     

便携式紫外-可见光谱仪设计及关键技术研究

随着紫外光谱探测技术的广泛应用,低成本便携式紫外-可见光谱仪成为该领域的研究热点。本文首先依据交叉型Czerny-Turner结构设计了便携式紫外光谱仪光路结构。其次,针对性研究了紫外光谱仪的关键器件：紫外探测器和闪耀光栅。利用Lumogen荧光材料和蒸镀成膜法制作镀膜紫外增强CCD,并分析了荧光薄膜在CCD表面的位置对分辨率的影响;从理论上分析了闪耀光栅对于紫外波段的多级衍射效率的影响,确定了紫外光谱仪对于闪耀光栅的选择。最后,研制的便携式紫外-可见光谱仪样机的性能测试结果表明,200 nm~900 nm波段、25 μm狭缝宽度、600 lp/mm、300 nm闪耀光栅配置下分辨率整体小于1.5 nm,200 nm~300 nm紫外波段的光谱响应度提高到20%,实现了便携式紫外-可见光谱仪的设计要求。     

用于平视显示中全息光栅的光学性能全自动检测

针对在平视显示技术中对高性能全息光栅快速检测的要求,本文提出一种全自动测量及记录系统。该系统基于步进电机精密旋转台及labview编程控制技术。运用该系统对采用卤化银制备的全息透射位相型光栅的多种光学性能全自动检测。通过对不同波段360°全方位入射条件下光栅的透射率变化,分析光栅的衍射特性,并得到优化光栅衍射效率的制备方法。全息光栅360°检测装置能够在平视显示技术中为全息光栅的放置位置提供有效的数据支持。     

反射型阶梯光栅的特性分析

衍射效率是评价二元光学器件质量性能的重要指标之一.针对反射性阶梯光栅,利用几何方法计算出斜入射情况下光束在台阶边缘的光程差的分布情况,根据多缝夫琅和费衍射推导出反射型阶梯光栅的衍射光强表达式.并在此基础上,讨论了台阶数N取2和N趋向于无穷两种极限情况下阶梯光栅光强公式的变化情况,得到区别于一般文献所表达的衍射效率公式.初步试验表明,反射型阶梯光栅的衍射效率与台阶数、蚀刻深度与入射波长的比值均有密切相关.     

聚焦离子束微细加工技术实验研究

一、引言近年来,随着高亮度液态金属离子源的出现,亚微米聚焦离子束技术迅速发展。FIB(聚焦离子束)在半导体和微型特殊器件制作技术中将发挥越来越大的作用。日本日立用B~+FIB无掩模注入Si中,制作出一种新型亚微米沟道长度器件—离子束MOSFET,它在电流增益、漏极击穿电压和短沟道阈值效应等方面都优于传统方法制造的同类器件;在FIB无掩模刻蚀、曝光技术中,已获得30nm的高分辨率的图案;FIB已成功地制成分辨率小于0.25μm的同步辐射光、X射线曝光用的掩模;利用FIB还可修理亚微米的掩模缺陷,目前已有商品FIB掩模修正仪问世;用FIB刻蚀亚微米小孔阵列,可加工超导电子学器件。本文报道在我们设计加工的FIB系统上刻蚀金膜、硅片及自显影FIB曝光的实验结果。本系统已能进行亚微米级微细加工工艺研究。     

亚波长金属光栅偏振器设计

针对仿生微纳导航传感器敏感波段380～520nm的要求,基于严格耦合波理论,设计了一种适用于蓝紫光波段的金属光栅偏振器,并应用等效介质理论直观地分析了金属光栅偏振器的工作原理．所设计的金属光栅偏振器与传统的金属光栅偏振器的不同之处在于：在基底和金属线栅之间增加了氟化镁薄膜,并且刻蚀一部分氟化镁薄膜．在垂直入射条件下,在整个可见光波段,金属光栅偏振器TN透射效率大于61．5％,消光比大于370;数值计算和理论分析表明,所设计的金属光栅偏振器是一种宽带宽、高TN透射效率和高消光比的偏振器件．     

RIBE-5型反应离子束刻蚀机

反应离子束刻蚀技术是近年来发展起来的一种微细加工技术，它利用反应离子束轰击团体表面时发生的溅射效应和化学反应剥离加工工作上的几何图形。具有极高的分辨率，能够控制槽深和槽壁角度，表面应力小。反应离子束刻蚀技术已有效地用于研究和制造大规模和超大规模集成电路，声表面波器件，磁泡存储器，微波器件，集成光路，超导器件，闪烁光栅等。本文叙述了一台ＲＩＢＥ－５型反应离子束刻蚀机的工作原理、结构特点、技术性能和刻蚀工艺实验结果．     

衍射光学元件分析和设计中标量理论的局限性

以衍射光栅为例,用标量理论和严格耦合波理论的对比,分析衍射光学元件各参数对标量理论适用范围的影响。结果表明在光栅周期减小,刻蚀深度增加,光栅折射率增加,光束入射角度增加以及填充因子偏离 50%等情况下,标量理论的误差将逐渐增大,其中光栅周期和刻蚀深度对标量理论的影响较大,光栅周期小到 5 倍波长或者刻蚀深度大到 5 倍波长时,标量理论将不再适用。     

高效率复合同轴全息透镜的研制

提出一种复合同轴全息透镜的设计制作方法。该设计方法采用两片离轴全息透镜复合,按使用情况在布喇格条件下进行消像差设计。制作的全息透镜具有衍射效率高和像差小的特点,适合任意给定再现波长的窄带光场合。实验研制了一个全息透镜,其再现衍射效率达到63% 。     

用于激光阵列发生器的非n×n型Danmmann光栅研制

为实现激光阵列发生器点阵列任意排布,研制了一种非n×n型达曼(Danmmann)光栅。本文以严格耦合波分析理论为基础,设计了一种衍射效率较高的4台阶非n×n型Dammann光栅,采用快速傅里叶变换算法进行了优化。运用Virtual Lab仿真软件进行模拟,形成两行强度均匀的点光斑,排布方式为第一行为4个,第二行为3个,总衍射效率为93.30%,不均匀性小于5%。通过电子束光刻直写进行变剂量曝光制作抗蚀剂掩模,并采用反应离子刻蚀技术以石英为基底制作出了非n×n型Danmmann光栅。通过扫描电子显微镜测得了光栅面型,并分析了光栅表面粗糙度,根据反应离子刻蚀过程中射频功率、工作气压及气体流量3种工艺参数对表面粗糙度的影响程度,确定光栅了制备工艺的最优参数组合。结果表明:当射频功率为110 W,工作气压为1×10~(-3)Pa,气体流量为35 m L/min时,光栅的表面粗糙度值最佳,值为23.45 nm。     

溶胶凝胶法制备闪耀光栅及特性研究

采用一步催化法，制备ZrO2光敏溶胶，用提拉法形成了单层光敏凝胶膜。采用紫外光刻技术，将掩摸图形转移到光敏凝胶膜上，通过曝光角度的控制，实现具有一定倾角的闪耀光栅制备，以紫外分光光度计，红外分光光度计，原子力显微镜等方法对光敏凝胶膜及光栅图形进行了性能测试及表征。并用355nm激光系统进行衍射效率及激光损伤阈值测定。获得了周期为2μm，高度为60nm，闪耀角为3°的闪耀光栅。     

LWIR亚波长铝/硒化锌光栅偏振器设计

为提高长波红外偏振成像系统中偏振器件性能,本文通过分析光栅材料及结构参数对光栅偏振性能的影响,设计并优化了一种双层材料构成的亚波长光栅。该光栅为矩形形貌,光栅区由铝与硒化锌构成,两种材料的厚度分别为0.6 μm和0.4 μm,光栅周期1 μm,占空比50%。利用严格耦合波理论分析并计算该结构光栅的衍射效率,7~15 μm波段的光以0~60°入射后其0级横磁模透射率达到87.54%以上,消光比超过47 dB。该光栅在10.6 μm的测试波长下,TM透射率高达90.80%且具有50 dB以上的消光比,相比槽深相同的单层铝光栅,偏振透过率明显提高。仿真结果显示,该光栅在整个宽长波红外波段具有良好的偏振性能。     

离子束旋转刻蚀工艺误差对均匀照明的影响

介绍一种离子束旋转刻蚀工艺,该工艺可用于制作真正意义上连续位相分布的衍射光学元件。对工艺系统中离子束不均匀度和基片与掩模板中心对准误差对器件性能的影响作了模拟计算,并根据对误差的模拟分析提出了工艺改进方案。     

中阶梯光栅刻划误差要求分析

中阶梯光栅作为高色散和高分辨率光学器件,已经广泛的应用于大型光谱仪器之中。在中阶梯光栅的刻划过程中,存在刻划误差,这将严重影响光栅衍射性能,最终使得衍射效果产生缺陷。针对此情况,定量分析了中阶梯光栅的刻划误差对衍射光谱、衍射级次、波前误差、鬼线强度、杂散光强度的影响以及提出了一种从衍射效率角度分析刻划误差的方法。在满足一定条件下,求得上述因素对应的刻划误差分别为:1 265.8 nm、352 nm、37 nm、112 nm、3.4 nm。这对光栅刻划时限定刻划机的刻划精度提供了直接和重要的参考。     

改进的防伪全息标识衍射效率测量系统

提出一种激光全息特性参数检测方法.以不稳定度为5%的He-Ne激光器为光源,利用同一光束分成的反射光和透射光光强度比例恒定的性质,实时探测衍射光强与反射光强,得到全息防伪标识的衍射效率.给出了实际入射光强与根据反射光强计算得来的入射光强两者的对比曲线,以及对8版不同样品衍射效率的测量结果.实验数据表明:透射光强测量值相对误差不超过0.29%;衍射效率测量值相对误差最大值不超过0.81%,比原方法测量精度提高近一倍.     

远红外光光栅光谱仪测量误差分析

采用平面闪耀光栅作为光谱元件的远红外光谱测量原理,分析了四种主要的重复性误差:光栅常数制造误差、零点标定误差、转角测量误差、入射光束与衍射光束的夹角测量误差。 并分别以112.5mm、40.05mm、25mm和12mm的四种闪耀波长为例,计算出了它们的误差传递系数曲线,根据误差传递系数对光谱仪进行误差分配,分析和计算表明:当光栅转角测量精度为1,光栅常数误差为0.5mm时,光谱仪可以满足l/100的波长测量误差要求和l/200的波长重复性测量误差要求。