We report on subwavelength reflective gratings for hyperspectral applications operating in a very large spectral band (340–1040 nm). Our study concerns a blazed-binary grating having a period of 30 μm and composed of 2D subwavelength structures with size from 120 nm to 350 nm. We demonstrate the manufacturing of the gratings on 3″ wafers by two lithography technologies (e-beam and nanoimprint) followed by classical dry etching process. Optical measurements show that the subwavelength grating approach enables a broadband efficiency, polarization behaviour and wavefront quality improvement with respect to the requirements for the next generation of spectro-imagers for Earth observation missions. An outlook towards spherical substrate based on nanoimprint lithography is also reported with the results of mixed features replication (holes and pillars in the range of 160–330 nm) on a 540 mm concave substrate which demonstrate uniformity and accuracy capabilities over 3″ surface.

提出并演示了利用宽束离子束刻蚀方法一次性对多个杠铃形金属纳米结构进行“横向抽减”，形成极小纳米间隙，从而实现多个金属纳米间隙结构的快速加工。利用电子束曝光定义图形化抗蚀剂结构，通过传统的金属沉积和湿法剥离将抗蚀剂图案转移至杠铃形金属纳米结构，最后使用宽束离子束刻蚀进行修剪。实验表明，精确控制刻蚀时间可以使杠铃形结构的两个纳米天线间的间隙距离达到10 nm以下，通过结合基于HSQ负性抗蚀剂的图案化工艺，可在HSQ纳米模板上制得悬空金属纳米间隙结构。利用表面结构形貌表征获得刻蚀过程中纳米结构的形态演变规律，并通过系统的实验和模拟验证了悬空金属间隙结构用于表面增强拉曼散射的优势。该方案为多个极小金属纳米间隙结构的一次成型提供了新的思路，在大面积拉曼传感衬底的低成本高效制备方面具有可观的应用前景。

为了开发新的X射线准直器，利用电子束光刻（EBL）技术，结合电镀和湿法化学刻蚀工艺，在悬空的Si₃N₄隔膜上制作了大面积、高深宽比、微米周期的Au光栅。调整场拼接区域的曝光剂量解决了大面积的EBL光刻问题；用加强筋结构克服了制作高深宽比、高密度光刻胶模板时线条倒塌问题；通过在Si₃N₄隔膜下面保留很薄一层Si（25 nm 厚）和改善显影工艺，克服了厚光刻胶在300 nm 厚的Si₃N₄隔膜上显影时，光刻胶的断裂问题。实验结果显示，所制备的2 μm周期、深宽比为5.5，面积为400 μm×1 000 μm 的Au光栅可以对光子能量为8 keV的X射线进行调制。所制备的Au光栅狭缝可以用作线平行X射线断层成像系统的探测器准直器件，或面平行X射线断层成像系统的光源准直器件，提高系统的成像速度。

曝光工艺中经离心涂敷后抗蚀剂胶层的均匀性对曝光线宽有很大的影响。为了得到高速旋转下抗蚀剂胶体在凹面衬底上所形成膜层厚度的均匀性，在凹面衬底上建立了非牛顿流体微元经离心旋转的流体动力学模型。根据对应的边界条件、非牛顿流体的本构方程和连续性方程，推导并得到了流体性质、曲面面形、旋转速度和时间等因素与最终厚度的关系式。使用流变仪对950 K PMMA C 2%抗蚀剂的流体性质进行标定，在凹面衬底上以旋转速度为单一变量进行离心涂胶实验，使用光谱椭圆偏振仪测量离心后随矢量半径变化的胶体厚度，并与理论推导进行对比。实验结果表明：旋转速度在2 000 r/min时，理论厚度为267 nm，实验所测厚度为230 nm，偏差比率为13.86%；旋转速度在3 000 r/min时，理论厚度为178 nm，实验所测厚度为172 nm，偏差比率为3.37%。考虑到涂胶后，前烘工艺会进一步减小胶层厚度，偏差在正常范围内。本文建立的数学模型具有较好的预见性，可以对胶体经旋转离心后的均匀性提供理论指导。