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
1 安徽工程大学 机械与汽车工程学院, 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
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。
硅光栅 大高宽比 光刻胶光栅 占宽比 热压 silicon grating high aspect ratio photoresist grating duty cycle hot pressing
1 大连理工大学 精密与特种加工教育部重点实验室, 辽宁 大连 116024
2 大连理工大学 微纳米技术及系统辽宁省重点实验室, 辽宁 大连 116024
动压气浮陀螺马达轴承间隙尺寸是决定其运转性能的重要指标。为提高轴承间隙测量的精度和自动化程度, 并实现快速批量测量, 研制了一台动压气浮陀螺马达轴承间隙自动测量设备。采用外部加力方式, 使转子体与定子产生相对位移, 从而将内部气膜间隙转化为外部微位移。设备整体结构采用模块化设计理念, 包括夹持模块、自动施力模块和位移测量模块。夹持摸块实现被测动压马达定子在两轴端的固定, 采用柔性支撑方式有利于保护被测件和保证施加力的平顺性; 自动施力模块主要由三维精密位移平台集成三轴测力传感器构成, 测量时转子体与力传感器通过夹指连接, 位移平台使转子体与定子产生相对位移, 三轴测力传感器则实现施加力的精确控制和定子的调中心控制; 测量模块由二维精密位移平台集成双电感测头构成, 基于相对测量原理实现微小位移测量。实验表明: 设备测量精度在0.3 μm以内。该设备可以实现外力的可控连续加载, 适用于批量测量。
微位移测量 动压气浮马达 轴承间隙 自动施力 micro displacement measurement dynamic pressure gyro motor bearing clearance automatic force application 光学 精密工程
2018, 26(11): 2714
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
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
1 中国科学技术大学 国家同步辐射实验室, 安徽 合肥 230029
2 杭州电子科技大学 生命信息与仪器工程学院 浙江 杭州 310018
3 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心 工程光学部, 四川 绵阳 621900
综述了近五年来为神光装置研制大口径熔石英采样光栅所取得的主要进展。提出了大尺寸采样光栅的化学机械抛光技术, 将全息光刻-离子束刻蚀的430 mm口径采样光栅的采样效率均匀性控制在均方根值低于5%, 满足了采样光栅的设计要求。针对采样光栅的阈值特性, 利用二次离子质谱技术, 定量表征了采样光栅制备过程中引入的污染及其清洗效果, 优化、发展了采样光栅的清洗方法。探索了基于氢氟酸和感应耦合等离子体刻蚀的熔石英基底处理技术, 结合干湿法处理技术来去除熔石英光栅基底的亚表面损伤。为进一步提升采样光栅抗激光辐射损伤特性, 提出将发展大尺寸熔石英采样光栅的氢氟酸处理方法及具有亚波长减反光栅结构的采样光栅的制备方法。
熔石英 采样光栅 采样效率 激光损伤阈值 亚表面损伤 抛光 刻蚀 综述 fused silica Beam Sampling Grating (BSG) sampling efficiency laser-induced damage threshold subsurface damage polishing etching review 光学 精密工程
2016, 24(12): 2896
1 中国科学技术大学 国家同步辐射实验室，安徽 合肥 230029
2 北京空间机电研究所，北京 100076
为了满足空间衍射成像系统对大口径、轻量化衍射元件的需求，设计制作了直径为400 mm 的聚酰亚胺(PI)薄膜菲涅尔衍射元件。通过紫外光刻、离子束刻蚀等微细加工方法在石英基底上制作衍射图形，然后将衍射图形复制到 PI 薄膜上得到菲涅尔衍射型薄膜元件。结合有限元法探究了薄膜复制过程中热应力的变化规律及降低热应力的方法，分析了影响薄膜衍射效率的因素及薄膜制作误差、温度变化对薄膜成像的影响, 最终实现了大面积薄膜与基底的分离，并通过局部氧气等离子体轰击提高了薄膜衍射效率的均匀性。经测试，薄膜菲涅尔衍射元件的厚度约为20 μm，在波长633 nm处的实际衍射效率平均值为33.14%，达到了理论效率的81.83%,衍射效率的均方根值RMS=0.01。实验结果表明，通过紫外光刻、离子束刻蚀和薄膜复制的方法可以得到大口径、高衍射效率的薄膜菲涅尔衍射元件。
衍射光学 大口径衍射元件 PI薄膜 衍射效率 空间望远镜 diffraction optics large diameter diffraction elements pI membrane diffraction efficiency space telescope
1 中国科学技术大学 国家同步辐射实验室, 合肥 230029
2 安徽大学 物理与材料科学学院, 合肥 230601
针对大面积衍射光学元件制作过程中对光刻胶均匀涂覆的困难，研究弯月面均匀涂胶方法。利用沟槽型弯月面涂胶机，分析影响光刻胶厚度和厚度均匀性的因素。从实验上验证了光刻胶的胶厚和涂覆扫描速率的正相关关系。分析了光刻胶的浓度、基片与涂覆器刀口间隙、供胶速率等因素对胶厚及胶厚均匀性的影响。利用非接触式的激光微位移传感器监测基片和涂覆器刀口间隙，控制此间隙的抖动小于15 μm，优化系统运行的稳定性，提升了弯月面涂覆胶厚的均匀性，实现了胶厚峰谷值偏差3%和标准偏差0.5%的均匀光刻胶涂覆，能够满足脉宽压缩光栅等制作过程中对光刻胶均匀涂覆的需求。
弯月面涂胶 大面积衍射光学元件 光刻胶均匀涂覆 meniscus coating large area diffractive optic plates photoresist uniformity coating 强激光与粒子束
2015, 27(12): 121003
1 中国科学技术大学 国家同步辐射实验室, 合肥 230029
2 新疆师范大学 物理与电子工程学院, 乌鲁木齐 830054
为了满足强激光系统中大尺寸镀金光栅对糟深均匀性的要求, 采用梯形光栅-涂胶-离子束溅射镀膜和全息光刻-离子束溅射镀膜两种方法, 分别制作了线密度为1 740 线/mm, 槽深为210 nm 的宽带镀金正弦光栅．测得其TM波、－1级自准值平均衍射效率在750~850 nm范围内大于87%, 最高可达90%．这两种方法易控制光栅槽深, 去掉光刻胶后基底可继续使用, 且制作的光栅的衍射效率和带宽能满足国内一般宽带镀金脉冲压缩光栅的使用要求.
全息光栅 全息干涉 光栅器件的研制 衍射效率 脉冲压缩 Holographic grating Holographic interference Grating components fabrication Diffraction efficiency Pulse compression
