西安交通大学 核安全与运行实验室西安 710049
基于斯特林技术的千瓦级热管反应堆实验(Kilowatt Reactor Using Stirling Technology,KRUSTY)开展了目前国内外唯一完成且公开发表的热管冷却反应堆带核实验,实验开展的工况包括冷态启动、负载变化、热管失效、反应性引入及热阱丧失事故等,这些工况下的带核实验数据对于热管堆瞬态分析程序的验证至关重要。本文自主研发了适用于热管反应堆的瞬态分析程序TAPIRS-D,采用KRUSTY带核实验数据对该程序展开了验证,对实验开展的冷态启动、负载变化、热管失效、反应性引入及热阱丧失事故进行了模拟计算和对比。验证结果表明:TAPIRS-D程序计算结果与实验数据符合较好,各工况下模型计算燃料温度的最大相对误差小于2%,整体功率的计算平均误差小于10%,预测的堆芯功率与温度瞬态响应与实验数据趋势符合一致,验证了TAPIRS-D程序的准确性与可靠性。本文研究可为其他新开发的热管堆热工安全分析程序的验证工作提供参考。
热管冷却反应堆 系统分析程序 KRUSTY实验 程序验证 Heat pipe cooled reactor System analysis code KRUSTY test Code validation
针对二维计量型平面光栅的设计和加工中工艺参数复杂的难点,本文基于电磁波时域有限差分方法,对硅基二维平面光栅的设计仿真进行了探索和研究,并进行了工艺实验验证。围绕平面光栅对衍射效率、衍射效率均衡性等指标的高要求,对不同结构、槽深和占空比下二维光栅偏振衍射效率受到的影响和变化规律进行了探索。仿真和实验结果表明,在占空比45.0%~46.7%附近,随着槽深增大,S偏振衍射效率逐渐减小,P偏振衍射效率逐渐增大;光栅槽深在260 nm附近时,不同偏振衍射效率可以达到平衡,带圆角的梯台结构光栅模型与实际工艺结果相近,衍射效率和偏振衍射均衡性等符合设计要求。仿真结果与实际工艺结果基本一致,表明其精度满足要求,大幅度提高了平面光栅设计和加工的效率。
光栅设计 光栅仿真 光栅制造 衍射光栅 衍射效率 光学学报
2023, 43(19): 1905001
红外与激光工程
2022, 51(4): 20210942
1 清华大学 机械工程系 摩擦学国家重点实验室&精密超精密制造装备及 控制北京市重点实验室 ,北京00084
2 电子科技大学,四川成都611731
为提高扫描干涉光刻机的加工效率和加工精度、扩大加工范围、降低维护成本,提出了一种可实现干涉条纹周期、方向和相位同步实时调节控制的扫描干涉光刻机系统方案,并着重介绍了最为关键的恒光强干涉条纹相位锁定系统的设计。首先,介绍了扫描干涉光刻中干涉条纹周期、方向和相位同步实时调节控制的扫描干涉光刻机系统原理方案,并设计实现了恒光强外差声光移频式干涉条纹相位锁定控制系统。然后,分析了控制系统理论模型,对系统实际模型进行辨识和高阶线性拟合,并设计了系统控制器。最后,在该控制器的基础上开展了调试和条纹锁定控制。实验结果显示,开启条纹锁定控制后,100 Hz以下的低频扰动成分受到明显抑制,干涉图形相位锁定的残余误差为0.069 3 rad(3σ),即相位变化小于±0.01个干涉条纹周期;光束偏移调控误差达到100 μm时,干涉条纹锁定性能仍能保持稳定。该系统不仅可实现不同干涉姿态下干涉条纹的高精度锁定,还具有较大的光束调控误差裕度,满足干涉条纹周期、方向和相位同步实时控制的扫描干涉光刻机的需求。
扫描干涉光刻 条纹锁定 外差相位测量干涉仪 scanning beam interference lithography fringe locking heterodyne phase measurement interferometer
红外与激光工程
2022, 51(3): 20210123
中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所系统集成与 IC设计研究部, 江苏苏州 215123
针对菲涅尔透镜存在实际光学效率偏低的问题, 本文设计了一种由非球面透镜和棒锥镜组成的高效非成像聚光光学系统。在光学设计软件 Zemax的序列模式下对非球面透镜进行了优化设计, 通过最大程度地减小球差, 像面光斑的几何半径从 42 mm降到了 1.7 mm。基于此, 在 Zemax的非序列模式下, 完成了非球面透镜和棒锥镜的建模和优化, 通过蒙特卡罗光线追迹分析实现了光学效率为 87%、接收角为 0.9°的非成像聚光光学系统。最后, 基于非球面透镜阵列和棒锥镜样品, 实现了高倍聚光型光伏模组的封装与测试。测试结果表明, 该模组的光电转换效率达 30.03%, 与菲涅尔透镜构成的高倍聚光型光伏模组相比有显著提升。
菲涅尔透镜 非成像聚光光学系统 非球面透镜 聚光型光伏 Fresnel lens non-imaging concentrated optical system aspheric lens concentrated photovoltaic
清华大学 机械工程系 摩擦学国家重点实验室&精密超精密制造装备及控制北京市重点实验室, 北京 100084
扫描干涉光刻机移相锁定是实现大面积高精度全息光栅曝光拼接的关键之一。为了实现大面积高精度全息光栅高精度曝光拼接, 针对扫描干涉光刻机步进扫描拼接轨迹, 重点开展了移相锁定系统的研究。在零差移频式相位锁定分系统和外差利特罗式光栅位移测量干涉仪的基础上, 阐述了扫描干涉光刻机的新型移相锁定系统原理。针对新型的移相锁定系统原理, 构建了移相锁定控制系统实验装置。最后, 基于移相锁定控制实验装置, 针对移相锁定定位性能, 开展了移相锁定定位控制实验以及影响控制精度的因素分析, 实现了±3.27 nm (3σ, Λ=251 nm)的定位控制精度; 针对移相跟踪控制性能, 在移相跟踪控制精度实验分析的基础上, 利用陷阱滤波&PID控制实现了±4.17 nm(3σ, Λ=251 nm)的跟踪控制精度。
扫描干涉光刻 零差移频式相位锁定 外差利特罗光栅干涉仪 移相锁定控制 陷阱滤波 Scanning Beam Interference Lithography (SBIL) homodyne frequency-shifting phase locking heterodyne Littrow grating interferometer phase-shifting locking notch filter
清华大学 机械工程系 摩擦学国家重点实验室&精密超精密制造装备及控制北京市重点实验室, 北京 100084
超精密平面光栅编码器位移测量技术是32~7 nm节点浸没式光刻机的核心技术。通过分析浸没式光刻机平面光栅位置系统的需求和布局, 提出了光刻机专用超精密平面光栅编码器的基本需求。针对现有的光栅编码器, 开展了基本测量光路方案、相位探测方案、分辨率增强光路方案、离轴/转角允差光路方案、死程误差抑制光路方案的综述分析, 提出了现有设计方案面向光刻机应用所需要解决的关键问题。面向亚纳米级测量精度的需求, 针对光栅编码器的仪器误差, 对周期非线性误差、死程误差、热漂移误差和波前畸变误差进行了综述分析, 提出了平面光栅编码器实现亚纳米精度所需要解决的关键问题。本综述为光刻机专用超精密平面光栅编码器的研制提供了参考。
浸没式光刻机 光学干涉式光栅编码器 位移测量 immersion lithography scanner optical interferential grating encoder displacement measurement