1 中国科学院微电子研究所微电子器件与集成技术重点实验室，北京 100029
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室，吉林 长春 130033
3 中国科学院大学集成电路学院，北京 100049
通过对计算全息图检测非球面的误差进行分析，提出了一种用于计算全息图检测非球面过程中图案位置误差引入的波前误差的标定方法。该方法先设计检测过程中所需要的辅助波前和检测波前在计算全息基板上所对应的相位分布，再通过光场叠加的方式得到复合相位。辅助波前用于计算实际位置与设计位置的偏差，进而计算出位置畸变引起的检测误差，并将其从系统中消除。检测波前用于得到与非球面匹配的波前，进而对非球面面形进行检测，并提出了图案位置误差引入的非球面波前差的计算方法。为评估该方法的可行性，将复合相位所对应的计算全息图导入衍射计算软件中进行仿真，同时得到了平面、球面和非球面各个级次的衍射光斑，证明了该方法的正确性。
光学设计 非球面 复合相位 计算全息 图案位置误差 绝对检测
光学 精密工程
2022, 30(15): 1815
1 中国科学院微电子研究所微电子器件与集成技术重点实验室，北京 100029
2 中国科学院大学，北京 100049
为了抑制传统叉形光栅的高级衍射，提出了一种单一的光学元件，即变栅距叉形光栅，通过适当调节光栅线条的中心位置，有效地抑制了不需要的高级衍射。数值模拟和实验证明，变栅距叉形光栅具有良好的单级衍射特性，可以有效地抑制不需要的高级衍射，与理论预测几乎一致，三级衍射光强可从所需一级衍射光强的24%到弱于背景光强度。然后，分析了最大移动距离、周期和图形面积对抑制高级衍射的影响，同时证实了输出光束具有多拓扑荷的螺旋相位结构。变栅距叉形光栅的高级衍射抑制特性使其在成像、显微和粒子捕捉等方面具有广阔的应用前景。
光栅 光学涡旋 衍射光学 单级衍射 准正弦 光学学报
2022, 42(14): 1405005
1 长春理工大学 光电工程学院, 长春 130022
2 中国科学院微电子研究所 微电子器件与集成技术重点实验室, 北京 100029
为降低干涉带来的影响, 将一种随机位相分布引入菲涅耳透镜阵列, 对阵列中每一个菲涅耳透镜施加0或π的二值化位相变化, 打乱阵列位相的周期性排布, 减少微透镜后多光束在匀化面干涉带来的影响.通过数值计算对激光束的匀化过程进行了模拟, 设计的菲涅耳透镜口径为0.5 mm, 焦距为6 mm, 阵列数目为20×20, 光斑整体均匀度达到90%, 光束能量利用率达到96%.利用设计和制备的16台阶随机位相型菲涅耳透镜阵列对1 064 nm波长的激光光束进行匀化, 均匀度为83%, 光束能量利用率为89%.研究结果表明, 通过引入随机位相可有效减少干涉带来的影响, 提高微透镜阵列对单模高斯光束的匀束效果.
激光束均匀化 单模高斯光束 随机位相 菲涅耳透镜阵列 干涉 Laser beam homogenization Single-mode Gaussian beams Random phase Fresnel lens array Interference
1 中国科学院微电子研究所 微电子器件与集成技术重点实验室，北京100029
2 中国科学院大学，北京 100049
为得到同步辐射光源硬X射线波段(>2 keV)需要的高宽比高分辨率波带片，本文利用高加速电压(100 kV)电子束光刻配合Si3N4镂空薄膜直写来减少背散射的方法，对硬X射线波带片制作技术进行了蒙特卡洛模拟和电子束光刻实验。模拟结果显示: Si3N4镂空薄膜衬底可以有效降低电子在抗蚀剂中传播时的背散射，进而改善高密度大高宽比容易引起的结构倒塌和粘连问题。通过调整电子束的曝光剂量，在500 nm厚的镂空Si3N4薄膜衬底上制备出最外环宽度为150 nm、金吸收体的厚度为1.6 μm，高宽比大于10的硬X射线波带片。同时，引入随机支撑点结构，实现了波带片结构自支撑，提高了大高宽比波带片的稳定性。将利用该工艺制作的波带片在北京同步辐射装置X射线成像4W1A束线8 keV能量下进行了聚焦测试，得到清晰的聚焦结果。
硬X射线波带片 电子束光刻 大高宽比波带片 电子束光刻 镂空薄膜 hard X-ray zone plates electron beam lithography high aspect-ratio zone plate electron beam lithography self-standing film 光学 精密工程
2017, 25(11): 2803
1 电子科技大学 能源科学与工程学院,成都 611731
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心,四川 绵阳 621900
3 中国工程物理研究院 惯约实施管理中心,四川 绵阳 621900
4 中国科学院 微电子研究所,北京 100029
设计了一种错位双光栅色散元件,与条纹相机耦合实现了0.1~5 keV范围X射线时间分辨谱的测量.该色散元件由2 000 lp/mm和5 000 lp/mm两块子光栅在空间错位排布而成,低密度光栅测量低能段软X射线(100~1 000 eV),高密度光栅测量中能段软X射线(1 000~5 000 eV),通过空间错位实现能谱拼接.在同步辐射源上使用单色能点对其进行标定,获得了错位双光栅衍射效率的实验结果.根据光栅的结构特性,结合标定结果与严格耦合波分析理论,计算得到了100~5 000 eV能区光栅的绝对衍射效率曲线,并给出了错位双光栅的解谱方法.该错位双光栅能够有效提升透射光栅谱仪的性能,为高温等离子体诊断提供宽谱X射线时间分辨谱定量测量.
错位双光栅 实验标定 衍射效率 时间分辨谱 激光等离子体诊断 Shifted dual transmission grating Experimental calibration Diffraction efficiency Time-resolved spectrum Diagnostics of laser-produced plasma 光子学报
2015, 44(10): 1030003
1 中国科学院微电子研究所纳米加工与新器件集成研究室, 北京 100029
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
报道了国内首块用于极紫外投影光刻系统的6 inch(1 inch=2.54 cm)标准极紫外光刻掩模。论述了32 nm节点6 inch标准极紫外光刻掩模的设计方案，及掩模衬底、反射层、吸收层材料的工艺特性研究，对缺陷控制及提高掩模效率的方法进行了分析。运用时域有限差分法对掩模的光学特性进行了仿真，根据仿真结果确定合适的Cr吸收层厚度。运用电子束光刻技术进行了掩模的图形生成，针对其中的电子束光刻临近效应进行了蒙特卡罗理论分析，用高密度等离子体刻蚀进行了图形转移，所制造的掩模图形特征尺寸小于100 nm，特征尺寸控制精度优于20 nm，满足技术设计要求。
X射线光学 极紫外投影光刻 掩模 电子束光刻 32 nm节点 时域有限差分法 光学学报
2013, 33(10): 1034002
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心， 四川 绵阳 621900
2 中国科学院 微电子研究所， 北京 100029
高线密度X光透射光栅是各种高分辨光栅摄谱仪的核心色散元件，为了获得较高的光谱分辨率,工作在2~5 keV能区的光谱仪需要使用5000 l/mm的X射线透射光栅。为了获得光栅的绝对衍射效率，采用同步辐射光在多个能点对5000 l/mm的X光透射光栅进行衍射效率实验标定，通过光栅相对衍射效率拟合获得了光栅结构参数，与光栅结构测量结果非常接近。然后，采用衍射效率的矩形栅线模型，计算得到了光栅的绝对衍射效率。
透射光栅 衍射效率 实验标定 高线密度 transmission gratings diffraction efficiency experimental calibration high line-density 强激光与粒子束
2012, 24(10): 2347
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 中国科学院微电子所, 北京 100029
提出了一种计算螺旋型波带片聚焦特性的方法。从衍射积分理论出发对螺旋型波带片的聚集特性进行了理论计算，推导出了级数形式的解析解，获得了螺旋型波带片“空心”焦点的场强分布。利用螺旋型波带片的聚焦特性，对其成像进行了数值模拟和理论分析。理论分析表明螺旋型波带片的空间分辨率与其“空心”焦点的环宽有关。通过验证实验证明理论分析与实验测试一致，为螺旋型波带片成像理论和模拟计算提供了一种有效手段。
衍射 螺旋型波带片 聚焦特性 空间分辨率
1 中国科学院微电子研究所纳米加工与新器件集成技术研究室, 北京 100029
2 中国科学院微电子研究所微电子器件与集成技术重点实验室, 北京 100029
微纳光学结构制备技术一直是微纳光子学器件发展的技术瓶颈。针对微纳光学结构制备技术向小尺寸、高精度和广泛应用发展的趋势，报道了基于电子束、X射线和接近式光学的混合光刻制作微纳金属光学结构技术。针对微纳光子学器件复杂图形开发了微光刻数据处理体系，基于矢量扫描电子束光刻设备在自支撑薄膜上进行1×高分辨率图形形成，利用X射线光刻进行高高宽比微纳图形复制，再利用低成本接近式光学光刻技术进行金属加强筋制作。还报道了自支撑X射线金光栅衍射效率和抗振测试结果。
光学制造 微纳光学结构 电子束光刻 X射线光刻 自支撑薄膜
