有像差系统的曝光拼接光栅关键技术研究

发布时间：2017-10-10 08:17

  本文关键词：有像差系统的曝光拼接光栅关键技术研究

  更多相关文章： 光栅拼接 全息曝光 干涉条纹 波面像差 条纹锁定

【摘要】：脉冲压缩光栅是超强超快激光系统中的关键元件。随着强激光系统不断升级,啁啾脉冲压缩系统对大面积光栅有急迫的需求。在单次曝光获取大口径光栅能力有限的情况下,全息光栅曝光拼接法成为获取大口径光栅的有效手段。由于脉冲压缩光栅对衍射波面的要求极其苛刻,大口径全息曝光系统的稳定性和像差已经成为进一步提高拼接光栅口径需克服的主要问题。本文详细阐述了大面积光栅的应用背景和研究状况,指出了大面积脉冲压缩光栅设计与制造的重要性。对几种主要光栅拼接方法进行了介绍,分析了各种光栅拼接方法的优缺点。光栅远场衍射光斑能量分布是评价拼接光栅的主要依据。根据基尔霍夫衍射理论,模拟了光栅拼接误差对衍射波面及其远场衍射光斑能量分布的影响。通过模拟波面像差,得到了对准拼接波面PV值、拼接处波面误差均方根值。对大量拼接波面及远场衍射光斑特性统计分析后,得到了有像差情况下的光栅拼接精度要求,为后续光栅拼接实验提供了评价参考。为使远场衍射光斑能量分布更好,提出了波面并列拼接法。对并列拼接波面峰谷值和远场衍射光斑能量分布也进行了统计分析。虽然对于某种波面像差而言,无法确认哪种拼接方法更好。但是统计数据表明,并列拼接波面PV值更小,远场衍射光斑能量分布情况更好。基于潜像光栅拼接法,对大口径光栅拼接系统误差、稳定性进行了研究,为此设计了三维条纹锁定系统。针对波面像差导致干涉条纹扭曲现象,提出了三种条纹锁定方案。通过实验表明光场光栅与参考光栅之间的周期、相位和倾斜角误差不断随环境变化。测试了三维条纹锁定系统对干涉条纹的锁定效果,结果表明全息曝光系统的稳定性和曝光对比度均得到了提高。基于大面积光栅拼接,提出了有像差情况下的光栅拼接方法,分析了像差导致光栅拼接误差的原因,提出了曝光系统像差测量方法,用预制参考干涉条纹补偿像差产生的拼接误差。为提高光栅远场衍射光斑能量,设计了光栅对准拼接和并列拼接两种实验方案,并进行了模拟光栅拼接。在不同像差情况下,利用三维条纹锁定系统进行了多次光栅拼接。结果表明：曝光系统像差对光栅拼接误差有影响,参考条纹预制法补偿了系统像差带来的拼接误差,光栅拼接精度优于0.05λ。最后验证了并列拼接光栅远场衍射光斑能量分布可能比对准拼接更好。
【关键词】：光栅拼接 全息曝光 干涉条纹 波面像差 条纹锁定
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH74
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-24
• 1.1 引言11
• 1.2 研究背景11-12
• 1.3 大口径光栅研究现状12-17
• 1.3.1 光栅机械拼接法13-15
• 1.3.2 干涉条纹扫描曝光法15-16
• 1.3.3 全息光栅曝光拼接法16-17
• 1.4 论文的主要工作17-18
• 参考文献18-24
• 第2章 拼接光栅衍射波面特性分析24-54
• 2.1 无像差时拼接误差对远场衍射光斑分布的影响24-29
• 2.1.1 相位平移误差对光斑的影响25-27
• 2.1.2 倾斜度误差对光斑的影响27-28
• 2.1.3 周期误差对光斑的影响28-29
• 2.2 有像差情况下的光栅对准拼接29-38
• 2.2.1 光栅对准拼接定义30-33
• 2.2.2 全息曝光系统波面对准拼接33-34
• 2.2.3 波面像差对远场光斑分布的影响34-36
• 2.2.4 波面平移误差对远场光斑分布的影响36-38
• 2.3 有像差情况下的光栅并列拼接38-43
• 2.4 脉冲压缩池内光栅拼缝宽度对光强分布的影响43-51
• 2.4.1 激光脉冲压缩模型43-45
• 2.4.2 压缩池内衍射光强分布情况45-48
• 2.4.3 有带宽谱时衍射光强分布情况48-51
• 2.5 本章小结51-52
• 参考文献52-54
• 第3章 光栅拼接系统研究54-86
• 3.1 全息光栅曝光拼接系统54-59
• 3.2 光栅拼接误差分析59-66
• 3.2.1 光栅条纹周期误差59-63
• 3.2.2 光栅条纹倾斜度误差63-64
• 3.2.3 光栅条纹相位误差64-65
• 3.2.4 像差对拼接误差的影响65-66
• 3.3 三维条纹锁定方法及实验66-79
• 3.3.1 光栅周期锁定66-67
• 3.3.2 光栅相位和倾斜角锁定67-70
• 3.3.3 三维条纹锁定实验70-77
• 3.3.4 三维条纹锁定效果评价77-79
• 3.4 有像差情况下三维条纹锁定方法79-84
• 3.4.1 RMS对准法80-81
• 3.4.2 FFT对准法81-84
• 3.5 本章小结84
• 参考文献84-86
• 第4章 有像差系统的曝光拼接方法86-99
• 4.1 光栅曝光区域像差测量方法86-90
• 4.2 参考干涉条纹预制法90-93
• 4.3 光栅拼接过程模拟93-97
• 4.3.1 对准拼接93-96
• 4.3.2 并列拼接96-97
• 4.4 本章小结97-98
• 参考文献98-99
• 第5章 大口径光栅拼接实验99-119
• 5.1 小像差情况下的光栅拼接实验100-109
• 5.1.1 二拼光栅100-104
• 5.1.2 三拼光栅104-106
• 5.1.3 增加离焦情况下的光栅拼接实验106-109
• 5.2 有像差情况下的光栅拼接实验109-118
• 5.2.1 传统的全息光栅曝光拼接实验109-110
• 5.2.2 光栅对准拼接实验110-114
• 5.2.3 光栅并列拼接实验114-116
• 5.2.4 拼接光栅远场衍射光斑分析116-118
• 5.3 本章小结118-119
• 第6章 总结与展望119-122
• 6.1 本文的研究工作119-120
• 6.2 主要创新点120
• 6.3 工作展望120-122
• 攻读博士学位期间参加的学术会议122
• 攻读博士学位期间发表的论文122-123
• 攻读博士学位期间参加的科研项目123-124
• 致谢124-125

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 郑建洲;关寿华;于清旭;;激光光束质量的评价方法[J];大连民族学院学报;2008年01期

2 张伟;吴建宏;朱健强;李朝明;;脉冲压缩光栅光路调节新方法研究[J];光学学报;2006年11期

3 马雪梅;戴亚平;朱健强;;拼接光栅压缩器的时域特性[J];光学学报;2007年04期

4 钱国林;吴建宏;李朝明;;单基片多次曝光实现光栅拼接的理论分析[J];光学仪器;2008年06期

5 邱克强;周小为;刘颖;徐向东;刘正坤;盛斌;洪义麟;付绍军;;大尺寸衍射光学元件的扫描离子束刻蚀[J];光学精密工程;2012年08期

6 钱国林;李朝明;殷庆琰;吴建宏;;全息曝光条纹锁定系统特性研究[J];激光技术;2008年06期

7 王娟;吕丽军;;光栅波像差理论的推广[J];上海大学学报(自然科学版);2008年02期

8 刘世杰;沈健;沈自才;孔伟金;魏朝阳;晋云霞;邵建达;范正修;;多层介质膜脉冲压缩光栅近场光学特性分析[J];物理学报;2006年09期

9 徐向东,洪义麟,刘颖,傅绍军;超高强度激光脉冲压缩用衍射光栅[J];物理;2005年10期

10 李英海;巴音贺希格;齐向东;;用于衍射光栅刻划的超精密金刚石刻刀的研制[J];微细加工技术;2006年06期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 杨学东;光栅拼接技术的研究[D];中国工程物理研究院;2007年

，

本文编号：1005286