高衍射效率衍射望远镜系统的设计/加工及成像性能测试

发布时间：2021-01-27 17:17

　　为提高衍射效率,设计并制作了口径为300mm的衍射成像系统.该系统的物镜是由一块四台阶位相型菲涅尔波带片通过激光直写套刻和Ar离子束物理刻蚀技术在石英玻璃基板上加工而成.测试了衍射物镜的衍射效率,实验结果表明:衍射物镜在波长632.8nm处的衍射效率为66.4%,达到理论值的82%.搭建了衍射成像系统光路,分别采用10μm星点孔与分辨率板,测试了系统的成像性能.实验测得星点像直径为44μm,分辨率板的极限分辨率达到84lp/mm,接近该系统的理论计算值,表明该衍射成像系统具有较好的成像性能. 

【文章来源】：光子学报. 2017,46(03)北大核心

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

图１衍射望远镜系统原理图Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅｔｅｌｅｓｃｏｐｅｓｙｓｔｅｍ

光子学报图２衍射望远镜系统仿真结果Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅｔｅｌｅｓｃｏｐｅｓｙｓｔｅｍ相位随径向坐标ｒ的变化，以周期数表示．可计算出在两片衍射元件边缘处，线频率的最大值分别为７．８６ｐｅｒｉｏｄ／ｍｍ和４５．５５ｐｅｒｉｏｄ／ｍｍ，对应最小周期线宽分别为０．１２７ｍｍ和０．０２２ｍｍ．每周期刻蚀四级台阶，则最小线宽加工尺寸分别为３１．７５μｍ和５．５μｍ．衍射物镜二元面参量Ａ１＝－０．１６５４８６，Ａ２＝０．该衍射物镜为刻蚀在平板玻璃上的四台阶位相型菲涅尔波带片．菲涅尔波带片环带总数为２３７２个，其中最外环带宽３１．７５μｍ．表１为衍射物镜的设计参量．石英玻璃基板厚度均匀性优于λ／２０ＲＭＳ（λ＝６３２．８ｎｍ）．表１衍射物镜的设计参量Ｔａｂｌｅ１ＰａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅｌｅｎｓＩｔｅｍｓＭａｉｎｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ／ｎｍＥｆｆｅｃｔｉｖｅａｐｅｒｔｕｒｅ／ｍｍＦｏｃａｌｌｅｎｇｔｈ／ｍＢａｎｄｎｕｍｂｅｒＳｔｅｐｎｕｍｂｅｒＬａｒｇｅｓｔｒｉｎｇｗｉｄｔｈ／μｍＳｍａｌｌｅｓｔｒｉｎｇｗｉｄｔｈ／μｍＶａｌｕｅ６３２．８３００３０２３７２４１２７６．１５３１．７５菲涅尔波带片相邻周期的位相差为２π，多台阶菲涅尔波带片的台阶刻蚀深度ｄ可以表示为ｄ＝λ０ｎ（λ０）－１（４）式中，ｎ（λ０）为基底材料在设计波长处的折射率．对于Ｎ阶菲涅尔波带片，每级台

１μｍ的光刻胶，得到待加工元件；（ｂ）经激光直写曝光后，显影、烘焙，将图案加工在光刻胶上；（ｃ）保留基板上的光刻胶作为抗蚀剂，对石英基板进行离子束刻蚀，将图案转移到基板上，刻蚀至设计深度后，清洗残余光刻胶；（ｄ）清洗基板、烘干，准备进行二次加工；（ｅ）对基板进行第二次涂胶，厚度为１μｍ；（ｆ）对基板进行激光直写套刻曝光、显影、烘焙；（ｇ）对套刻曝光后的基板进行离子束刻蚀，刻蚀深度为上次刻蚀深度的两倍；（ｈ）清洗基板，得到四台阶位相型衍射物镜．图３衍射物镜加工工艺流程Ｆｉｇ．３Ｐｒｏｃｅｓｓｆｌｏｗｏｆｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅｌｅｎｓ０３２２００１－４

【参考文献】：
期刊论文
[1]用于太空望远镜的大口径薄膜菲涅尔衍射元件[J]. 张健,栗孟娟,阴刚华,焦建超,刘正坤,徐向东,付绍军.  光学精密工程. 2016(06)
[2]大口径离轴长条形反射镜的检测支撑机构[J]. 杨帅,沙巍,陈长征,张星祥,任建岳.  光学精密工程. 2015(10)
[3]用于非球面检验的激光直写高精度计算全息图制作[J]. 赵龙波,张志宇,朱德燕,王延超,郑立功,张学军.  激光与光电子学进展. 2014(11)
[4]用于空间望远镜的膜光子筛[J]. 刘民哲,刘华,许文斌,王泰升,卢振武,鱼卫星.  光学精密工程. 2014(08)
[5]大口径衍射望远系统公差分析及测量[J]. 刘华,卢振武,闫勇.  光子学报. 2013(10)
[6]衍射望远镜光学系统设计[J]. 张楠,卢振武,李凤有.  红外与激光工程. 2007(01)
[7]折衍射混合成像光学系统设计[J]. 崔庆丰.  红外与激光工程. 2006(01)
[8]二元光学透镜在资源卫星中的应用[J]. 刘玉凤,李林.  光学技术. 2004(05)
[9]激光直写光刻中线条轮廓的分析[J]. 李凤有,谢永军,孙强,曹召良,卢振武,王肇圻.  光子学报. 2004(02)
[10]离焦激光直写光刻工艺研究[J]. 李凤友,卢振武,谢永军,张殿文,裴苏,赵晶丽.  中国激光. 2002(09)



本文编号：3003429