1 北京空间机电研究所，北京 100094
2 中国空间技术研究院 空间激光信息感知技术核心专业实验室，北京 100094
3 华中科技大学 电子信息与通信学院，湖北 武汉 430074
4 中国科学技术大学 国家同步辐射实验室，安徽 合肥 230026
海洋立体结构信息是未来实现海洋透明与海洋强国的基础，针对海洋剖面探测能力不足的问题，以及星载海洋剖面多要素同源同域一体化探测空白，开展星载海洋剖面多要素探测技术与系统方案研究，提出新型激光主被动复合、能谱复用探测技术体制，面向未来星载应用，完成星载海洋剖面多要素探测载荷系统设计。其中，激光器谱段设计为486、532 nm多波长一体化最佳配比输出，光电接收探测系统选用1 m×5 m超大口径可折叠光栅主镜，经过仿真分析，探测系统可实现大洋水深100 m深度、温度、盐度以及后向散射系数等多要素同源探测能力，同等体积包络条件下，能量收集能力提升5倍。
激光雷达 海洋剖面探测 主被动复合 大口径光栅 lidar ocean profile detection active and passive composite large aperture grating 红外与激光工程
2024, 53(1): 20230466
1 中国科学技术大学国家同步辐射实验室，安徽 合肥 230029
2 安徽中科光栅科技有限公司，安徽 合肥 231605
随着同步辐射光源中光束线的分辨率不断提高，衍射光栅成为影响分辨率的关键因素，因此，在将光栅安装到光束线之前，需要进行准确的测试。用长程面形仪测量合肥光源光电子能谱线所需的变线距光栅的线密度，光栅衍射角变化范围超出长程面形仪的测量范围，因此采用拼接测量。用数据重叠测试及数据处理方法，消除了转台定位误差，有效抑制了随机误差，使光栅周期测量的重复性有较大提高。不同重叠率的测试结果显示，测量一致性优于1.13×10-6（RMS），满足了变线距光栅的测试需求。
测量 衍射测量 变线距光栅 拼接测量 长程面形仪
1 安徽工程大学机械工程学院，安徽 芜湖 241000
2 中国科学技术大学国家同步辐射实验室，安徽 合肥 230029
惯性约束核聚变系统中，SiO2溶胶凝胶增透膜已广泛应用于无浮雕平面透射光学元件中，但由于缺乏可靠的浮雕面涂覆工艺，该增透方法并未能应用到光束采样光栅。对弯月面法和旋涂法在光束采样光栅浮雕面涂覆SiO2溶胶凝胶增透膜进行了探究，对涂覆后的光栅表面形貌使用光学显微镜、轮廓仪及原子力显微镜进行了检测，并对光栅零级和负一级衍射效率的大小和均匀性进行了测试。结果表明，相比于旋涂法，弯月面法涂覆后的光栅表面更为光滑，光栅槽填充一致性更好，原始槽型保持度更高，工艺可重复性更好且膜厚更均匀。衍射效率测试结果表明，弯月面法涂覆SiO2溶胶凝胶增透膜可有效提高光束采样光栅的零级衍射效率，与未涂覆相比增大了约3.8%，与理论计算结果基本吻合，且涂覆后光栅衍射效率的均匀性变得更好。
光栅 光束采样光栅 SiO2溶胶凝胶增透膜 弯月面涂覆 旋涂 衍射效率 激光与光电子学进展
2022, 59(1): 0105001
1 中国科学技术大学 国家同步辐射实验室，安徽 合肥 230029
2 中国科学院 西安光学精密机械研究所，陕西 西安 710119
3 中国科学院 上海硅酸盐研究所，上海 200050
4 中国科学院 上海高等研究院，上海 201204
第4代同步辐射光源及自由电子激光装置中束线光学系统对光学元件性能提出了苛刻的要求。使用压电变形镜是实现超高面形精度调控和实施波前补偿的有效途径，也是目前亟需突破的国产化技术瓶颈。针对这一问题，研制了长度为200 mm、含36个单元压电促动器的压电变形镜。通过数值模拟优化了变形镜结构参数，利用国产工艺完成了变形镜样机的制作，并对其面形调控能力进行初步探究。测试结果表明：所研制变形镜样机的平面面形误差可降低至1.38 nm (rms)，斜率误差降低至240 nrad (rms)，实现了平面面形的nm级调控。
压电变形镜 面形误差 同步辐射 自适应光学 bimorph mirror surface profile error synchrotron radiation adaptive optics
中国科学技术大学国家同步辐射实验室, 安徽 合肥 230029
衍射光栅已被广泛应用于同步辐射光源软X射线与真空紫外光栅单色器中,光栅线密度偏差会直接影响单色器的性能。为了检测光栅线密度的偏差,本文在合肥先进光源预研过程中搭建了长程面形仪(LTP)系统。使用自准直仪对LTP检测光栅系统在26 μrad内的检测精度进行了标定。利用LTP对自主研制的760 line/mm与2400 line/mm等间距光栅进行线密度均匀性检测,使用干涉仪对760 line/mm光栅进行0级与1级衍射波前检测,并将检测结果与LTP测量结果进行比较。结果表明:系统标定的均方根误差为30 nrad,与干涉仪检测结果相比,两者同位置处的高度轮廓曲线具有较好的一致性。这说明搭建的LTP系统具有较高精度的检测光栅线密度的能力,为检测同步辐射光栅线密度的变化提供了平台。
测量 长程面形仪 等间距光栅 线密度均匀性
中国科学技术大学国家同步辐射实验室, 安徽 合肥 230029
在激光等离子体诊断等领域中,以平焦场光栅为核心器件的软X射线光谱仪发挥着重要作用。利用电子束光刻-近场全息法制作的平焦场光栅兼具电子束光刻线密度变化灵活,以及全息光栅低杂散光、抑制高次谐波等的特点。采用光线追迹方法分析电子束光刻-近场全息法制作平焦场光栅的主要制作误差对其光谱成像特性的影响。结果表明:电子束光刻制备熔石英掩模和近场全息图形转移过程的制作误差均会导致谱线展宽;以目前应用较多的软X射线平焦场光栅(中心线密度为2400 line/mm、工作波段在0.8~6.0 nm)为例,当熔石英掩模在光栅矢量方向的长度为50 mm时,电子束光刻分区数目应保证在1500以上;熔石英掩模线密度偏差引入的谱线展宽可以通过调整近场全息制作参数来消除;确定了近场全息中的两个主要影响因素--熔石英掩模与光栅基底的间距和夹角;近场全息中各误差因素之间有相互补偿的效果,故除了尽可能消除制备过程中的每一种制作误差外,也可以通过优化不同误差之间的分配来降低制备误差。本研究对优化电子束直写掩模策略、降低掩模制作难度、设计和调整近场全息光路有重要帮助。
光栅 电子束光刻 近场全息 平焦场光栅 谱线宽度
1 中国科学技术大学 国家同步辐射实验室, 安徽 合肥 230029
2 安徽工程大学 机械与汽车工程学院, 安徽 芜湖 241000
在利用单晶硅的各向异性腐蚀制作光栅的过程中, 掩模与硅晶向的精密对准是获取大尺寸光栅结构的前提条件, 高对准精度将显著降低光栅槽型侧壁粗糙度。设计并制作了一种扇形图案, 通过以该图案为掩模的预刻蚀, 可快速准确发现硅基底内晶格取向。通过此方法进行晶向标定, 并利用紫外光刻与湿法刻蚀, 成功研制了尺寸为15 mm×15 mm、高度为48.3 μm、周期为5 μm、高宽比为20的矩形光栅结构, 线条侧壁粗糙度RMS值为0.404 nm; 利用全息光刻与湿法刻蚀成功研制了大高宽比深槽矩形光栅及三角形槽光栅。矩形槽光栅尺寸为50 mm×60 mm, 高度为4.8 μm, 周期为333 nm, 高宽比为100, 侧壁粗糙度RMS值为0.267 nm。三角形槽光栅周期为2.5 μm, 侧壁粗糙度RMS值为0406 nm。
湿法刻蚀 硅光栅 晶向标定 各向导性 wet etching silicon grating calibration of crystal direction anisotropy
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 中国科学院 西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
弯月面化学涂膜技术因其具有大面积、低成本以及高效率等优势成为继旋涂、喷涂等传统涂膜工艺后极具发展潜力的新型化学薄膜涂覆技术。本文针对国家某重大项目对米级光学元件表面的化学薄膜涂覆需求, 对基于弯月面涂胶的技术原理进行了系统研究, 分析了涂胶压强、基片和狭缝间距以及材料亲疏水性与涂胶面形态的关系, 实现了对弯月液面的精密调控并研制出基于弯月面化学薄膜涂覆技术的装备, 在1 400 mm×420 mm尺寸玻璃基片上实现了光刻胶的均匀涂覆, 使整体胶膜厚度误差<4%, 满足了米级元件表面精密化学薄膜的涂覆需求。
弯月面 大面积 涂胶 液面调控 光学元件 chemical coating optical components meniscus large area gluing liquid level regulation
Author Affiliations
Abstract
1 National Synchrotron Radiation Laboratory, University of Science and Technology of China, Hefei 230029, China
2 Institut für Angewandte Physik, Friedrich-Schiller-Universität Jena, Max-Wien-Platz 1, Jena 07743, Germany
3 Technische Universität Braunschweig, Laboratory for Emerging Nanometrology, Pockelsstr. 14, Braunschweig 38106, Germany
4 Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Bundesallee 100, Braunschweig 38116, Germany
Near-field holography (NFH), with its virtues of precise critical dimensions and high throughput, has a great potential for the realization of soft x-ray diffraction gratings. We show that NFH with reflections reduced by the integration of antireflective coatings (ARCs) simplifies the NFH process relative to that of setups using refractive index liquids. Based on the proposed NFH with ARCs, gold-coated laminar gratings were fabricated using NFH and subsequent ion beam etching. The efficiency angular spectrum shows that the stray light of the gratings is reduced one level of magnitude by the suppression of interface reflections during NFH.
050.1950 Diffraction gratings 120.4610 Optical fabrication 220.4000 Microstructure fabrication 340.7480 X-rays, soft x-rays, extreme ultraviolet (EUV) Chinese Optics Letters
2016, 14(9): 090501
Author Affiliations
Abstract
1 National Synchrotron Radiation Laboratory, University of Science and Technology of China, Hefei 230029, China
2 Beijing Institute of Space Mechanics & Electricity, Beijing 100076, China
To reduce the cost and achieve high diffraction efficiency, a modified moiré technique for fabricating a large-aperture multi-level Fresnel membrane optic by a novel design of alignment marks is proposed. The modified moiré fringes vary more sensitively with the actual misalignment. Hence, the alignment accuracy is significantly improved. Using the proposed method, a 20 μm thick, four-level Fresnel diffractive polyimide membrane optic with a 200 mm diameter is made, which exhibits over 62% diffraction efficiency into the +1 order, and an efficiency root mean square of 0.051.
220.1140 Alignment 050.1380 Binary optics 310.6845 Thin film devices and applications Chinese Optics Letters
2016, 14(10): 100501
