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 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所，江苏 南京 210042
2 中国科学院天文光学技术重点实验室(南京天文光学技术研究所)，江苏 南京 210042
3 中国科学院大学，北京 100049
4 中国科学技术大学，安徽 合肥 230027
不同于国际上其他空间项目采用光栅切换的光谱获取方式，中国空间巡天望远镜采用近焦面拼接光栅的方式获取大视场、宽波段无缝光谱，波长覆盖范围为250～1000 nm，光谱分辨率R≥200。国内紫外透射衍射光栅的天文应用尚在起步阶段，制作难度高，且不能从国外获得。经过多年努力，光栅性能在近期获得了较大提升。本文针对紫外光栅的科学应用性能和使用条件，分析了衍射光栅制作参数的优化，给出了衍射效率随入射角、入射光偏振态以及光栅槽形结构参数的变化规律。相关数据对在轨流量定标具有借鉴价值。通过选用不同的光栅结构参数对衍射效率特性进行分析，发现了紫外光栅峰值波长与顶角投影在每个周期上的比值之间的近似线性表达关系。本文讨论了满足科学需求的参数许可域，并将其用于控制光栅制作参数。多次试验后，光栅槽形结构参数和形状得到了精确控制，获得了性能优异的衍射光栅。制作的光栅线密度为333 line/mm，闪耀角为12.51°，峰值效率波长控制在315 nm，紫外波段实测峰值衍射效率为72.3%，平均效率为65.1%。该光栅的槽形、波前质量等均控制在较高水平，衍射波前质量均方根(RMS)达到0.06λ，峰谷值(PV值)达到了0.33λ。采用该光栅可获得良好的成像质量。
光栅 光谱巡天 衍射效率 衍射波前 像质
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
强激光与粒子束
2020, 32(12): 121006
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 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
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, 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
