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 中国科学技术大学国家同步辐射实验室，安徽 合肥 230029
2 中国科学技术大学光学与光学工程系，安徽 合肥 230026
离子轰击固体表面诱导的纳米结构具有小周期（10~100 nm）、大面积、准周期的特点。利用氩离子轰击在减反膜上制备出横向特征尺寸在100 nm附近、横向周期性与纵向连续性逐步明显的准周期纳米波纹结构。为了增大表征面积，利用极紫外散射法表征了上述自组织纳米波纹的形貌特征。结果显示，面内和锥角模式的极紫外散射法所获得的样品横向和纵向形貌特征，均能够与原子力扫描显微镜所获得的样品形貌特征相对应，这初步说明了此方法表征准周期纳米波纹结构基本形貌特征的可行性，为后续的定量分析提供基础。同时，利用极紫外同步辐射光表征的自组织纳米结构面积达到了mm2量级，将合肥光源计量光束线的表征范围拓展到自组织纳米结构，这也为未来探索极紫外光刻掩模的散射表征等研究提供参考。
极紫外 散射测量 同步辐射 离子轰击 自组织纳米结构 准周期 光学学报
2022, 42(19): 1936001
中国科学技术大学国家同步辐射实验室, 安徽 合肥 230029
利用低能离子轰击在光刻胶表面诱导产生自组织纳米波纹结构,将其作为掩模,与反应离子束刻蚀技术相结合,在熔石英表面制备了亚波长纳米结构。与直接利用离子轰击产生的纳米结构相比,此方法制备的结构显著提高了自组织纳米结构的振幅和高宽比。这种具有表面亚波长纳米结构的熔石英样品在600~1300 nm波段范围内的透过率约为94%。初步结果显示离子轰击技术在功能性表面纳米结构制备方面极具潜力。
激光加工 低能离子轰击 光刻胶 自组织纳米结构 熔石英 亚波长结构 光学学报
2020, 40(17): 1736001
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
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
中国科学技术大学,国家同步辐射实验室, 安徽 合肥 230029
解调飞机上变栅距光栅位移传感器的微型光谱仪在受到严重的高低温冲击后会出现温度漂移.针对航空领域中变栅距光栅位移传感器的解调系统研制了一种具有实时温度补偿功能的微型光纤光谱仪.为了实现实时温度补偿,分析了温度变化对微型光谱仪的影响,并对传统的交叉式Czerny-Turner光路进行了优化,用ZEMAX软件模拟得到:在相同的受热产生的变形条件下,优化的C-T光路光谱漂移量相比优化前的更小且整体漂移线性度更好.在此基础上提出了一种引入参考光来实现实时温度补偿的方法,并最终基于改进的C-T光路制作了一个体积为80 mm×70 mm×70 mm、工作波段在500～1 000 nm、积分时间为8 ms～1 000 ms、光学分辨率约为2 nm的微型光纤光谱仪,用实验验证了优化的C-T光路的光谱温度漂移情况及温度补偿方案的可行性.实验结果表明在近60 ℃范围内的温度冲击下,研制的微型光谱仪能够达到波长标准误差小于0.1 nm,波长最大误差小于传感器系统所要求的0.3 nm,满足初始的设计要求.该微型光谱仪的创新之处在于采用了优化的交叉式C-T光路作为色散系统且基于引入参考光的方法实现了实时温度补偿功能。
微型光纤光谱仪 温度补偿 交叉Czerny-Turner光路 光谱整体漂移 Micro-fiber spectrometer Temperature drift Cross Czerny-Turner optical structure Spectrum drift 光谱学与光谱分析
2015, 35(5): 1409
中国科学技术大学 国家同步辐射实验室, 合肥 230029
介绍了数字编码光栅尺的结构设计并提出一种制作方法.采用紫外对准光刻、全息光刻及湿法腐蚀结合在(100)硅片上制作母光栅尺, 并以具有紫外固化特性的聚氨酯丙烯酸酯为材料, 将母光栅尺复制到硬基底上.实验表明, 该工艺可重复性高, 复制光栅尺的衍射效率高于母光栅尺的90%, 并能承受航空环境－55℃~70℃的高低温冲击.光栅尺的制作准确度满足传感器的要求, 信号响应准确率100%.该方法可对具有准确度高、图形复杂、工作环境恶劣等特点的微纳米结构的制作提供借鉴.
光学位移传感器 编码光栅 复制技术 紫外光刻 全息光刻 光传操纵系统 Opticaldisplacement sensor Encoding grating Replication technique UV lithography Holographic lithography Aircraft control systems
1 中国科学技术大学国家同步辐射实验室, 安徽 合肥 230029
2 中国科学技术大学工程科学学院精密机械与精密仪器系, 安徽 合肥 230027
为了拓宽软X射线平场全息凹面光栅的工作波段, 提出了并联平场全息凹面光栅的优化设计方法。利用遗传算法, 将两块工作波段不同的平场光栅设计在同一基底上。两块平场光栅的工作波段分别为2~5 nm 和5~30 nm, 两者使用结构完全相同。应用光线追迹的方法, 研究了并联平场光栅的分辨特性, 其分辨率与现有商用平场光栅的分辨率相当。基于光程函数理论, 给出了并联平场光栅的制作光路, 理论设计值和光路优化值的线密度偏差在±1 line/mm以内。 数值模拟结果显示, 并联平场光栅既拓宽了工作波段, 又保证了分辨率与现有平场光栅分辨率相当, 其设计适用于记录更宽波段的软X射线光谱。
光栅 并联平场光栅 像差校正 光线追迹 分辨率
中国科学技术大学国家同步辐射实验室，安徽合肥 230029
针对等离子体诊断及空间环境探测等领域对软X射线透射光栅的需要，采用全息光刻和微电镀技术制作了自支撑软X射线金透射光栅。在基底与光刻胶之间增加减反膜层以降低高反射基底引起的驻波效应对掩模槽形的影响，使用全息光刻技术获得了侧壁陡直的光栅掩模。然后，在掩模顶部镀保护层并使用反应离子刻蚀获得电镀掩模，通过改变保护层厚度来调节电镀掩模的占宽比。最后，利用微电镀技术沉积金，成功制作了线条密度为3 450 gr/mm的自支撑透射光栅，光栅周期约为290 nm，占宽比为0.55，金吸收体为500 nm，光栅尺寸达到10 mm×15 mm。在国家同步辐射装置上，测得在5~12 nm软X射线波段其+1级透射衍射效率约为5%。
自支撑金透射光栅 全息光刻 电镀 self-supported gold transmission grating holography lithography plating 光学 精密工程
2011, 19(11): 2589
