光学学报, 2001, 21 (4): 480, 网络出版: 2006-08-10   

用于惯性约束聚变束匀滑的完全连续相位板设计方法凹折射微透镜阵列的离子束刻蚀制作

Design of Fully Continuous Phase Plates for Beam Smoothing in ICFConcave Refractive Microlens Arrays Fabricated by Ion Beam Etching
作者单位
1 四川大学信息光学研究中心,成都 610064
2 华中科技大学计算机科学与技术学院外存储系统国家专业实验室,武汉 430074
3 华中光电技术研究所,武汉 430074
4 华中科技大学光电子工程系,武汉 430074
摘要
针对惯性约束聚变束匀滑对连续相位板的需要,用改进的盖师贝格撒克斯通(G-S)算法,进行了完全连续相位板(FCPP)设计方法的研究。在盖师贝格撒克斯通算法流程中,引入局部替代函数,设计出完全连续的深浮雕相位结构,消除了2π线。利用光刻热熔成形工艺及离子束刻蚀制作128×128元凹微透镜阵列。所制硅及石英凹微透镜的典型基本图形分别为凹球冠形、凹柱形和矩顶凹面形。分析了在光致抗蚀剂柱凹微透镜图形制作过程中的膜系匹配特性,与制作该种微透镜有关的光掩模版的主要结构参数,以及光致抗蚀剂掩模工艺参数的控制依据等。探讨了在凹微透镜器件制作基础上利用成膜工艺开展平面折射微透镜器件制作的问题。采用扫描电子显微镜(SEM)和表面轮廓仪测试了所制石英凹微透镜阵列的表面微结构形貌。给出了所制石英凹微透镜阵列远场光学特性的测试结果。
Abstract
A method of designing fully continuous phase plates (FCPP) for beam smoothing in inertial confinement fusion (ICF) has been studied. By using a local constraint function in Gerchberg-Saxton (G-S) algorithm’s iterative procedure, fully continuous phase plates free of 2π-line were obtained.The concave microlens arrays of 128×128 element are fabricated using a multiple-process including photolithography heat treatment, and ion beam etching. The typical structures of concave microlenses in quartz and silicon fabricated are concave sphere crown shape, concave cylinder, and square-top concave shape. The main characteristics, such as the matching behaviors of films coated on substrates in fabrication of concave cylinder photoresist microlens arrays, the structural parameter design of photoetching mask which is relevant to the fabrication of the microlens, and control basis of photoresist mask technological parameters, are analyzed respectively. The fabrication of plane refractive microlens arrays, for instance using the coating technique on the concave microlens plate, is discussed. The dimension and the surface micromorphology of the concave microlens array in quartz substrate are determined with scanning electron microscope and surface contourgraph. The far-field optical characteristics of concave microlens array in quartz substrate are given.

陈波, 王菡子, 韦辉, 郭永康, 郭履容, 张新宇, 裴先登, 汤庆乐, 张智, 易新建. 用于惯性约束聚变束匀滑的完全连续相位板设计方法凹折射微透镜阵列的离子束刻蚀制作[J]. 光学学报, 2001, 21(4): 480. 陈波, 王菡子, 韦辉, 郭永康, 郭履容, 张新宇, 裴先登, 汤庆乐, 张智, 易新建. Design of Fully Continuous Phase Plates for Beam Smoothing in ICFConcave Refractive Microlens Arrays Fabricated by Ion Beam Etching[J]. Acta Optica Sinica, 2001, 21(4): 480.

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