平面变栅距全息光栅设计方法与制作技术研究

发布时间：2017-09-01 22:33

  本文关键词：平面变栅距全息光栅设计方法与制作技术研究

  更多相关文章： 平面变栅距全息光栅 球面波 优化设计算法 误差补偿 柱面波

【摘要】：平面变栅距光栅因为具有自聚焦、像差校正以及平焦场的特性,因此适用于极紫外和软X射线波段的高分辨能力的掠入射单色器。平面变栅距光栅的刻槽分布决定了其消像差能力,其相邻栅距变化量一般在纳米量级,制作难度较大,因此,本论文对球面波曝光系统下的平面变栅距全息光栅设计方法与制作技术做了一系列深入的研究。第一,通过对平面变栅距光栅的聚焦性能与刻槽函数的关系的分析,以及平面变栅距光栅的像差原理,提出了基于像差系数法的平面变栅距光栅刻槽函数设计方法,并对平面变栅距全息光栅的光谱分辨能力进行了分析。第二,将第一代球面波曝光系统推导的刻槽分布函数表达式转换为刻槽密度函数表达式,并以此建立单目标函数,提出了使用局部算法和全局算法相结合的改进的局部优化算法对球面波曝光系统下的平面变栅距全息光栅记录参数进行优化设计,分别使用常规的局部算法、遗传算法以及改进的局部算法对软X射线使用波段下的平面变栅距光栅记录参数进行了优化设计和对比分析,结果表明采用改进的局部算法设计的光栅刻槽密度符合程度,以及光谱分辨能力均高于常规算法设计的光栅,改进的局部算法更适用于球面波曝光系统下的平面变栅距光栅的记录参数设计。第三,对球面波曝光系统的记录参数误差引起的刻槽密度函数、聚焦曲线以及谱像宽度变化进行了分析,确定了对平面变栅距全息光栅成像质量影响较大的误差因素,并给出记录参数误差的相应补偿方法。第四,将球面波曝光系统记录参数的改进的局部优化算法以及误差补偿方法应用于极紫外波段光谱诊断仪器中的平面变栅距光栅的研制,并对设计结果进行刻槽密度以及光谱分辨能力分析;给出近似掠入射的曝光系统调试方法,并对制作的平面变栅距光栅的刻槽密度进行测量,测量结果表明制作的平面变栅距光栅刻槽密度函数分布以及光谱分辨能力能够达到与设计结果相近的水平,理论指导了平面变栅距全息光栅的研制。第五,分析了球面波曝光系统制作的平面变栅距光栅刻槽弯曲对刻槽密度以及光谱分辨能力的影响,光栅宽度越大,其光谱分辨能力越低,指出了球面波曝光系统在制作宽度较大光栅上的局限性;提出了使用柱面波曝光系统制作直刻槽的平面变栅距光栅的方法,分析并建立了柱面波曝光系统下的平面变栅距光栅刻槽函数的数学模型,设计了以柱面镜和狭缝为核心器件的柱面波曝光系统,为全息法制作直刻槽的平面变栅距光栅提供理论指导。
【关键词】：平面变栅距全息光栅 球面波 优化设计算法 误差补偿 柱面波
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH74
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目录9-13
• 第1章 绪论13-27
• 1.1 课题研究背景及意义13-14
• 1.2 衍射光栅发展历史14-15
• 1.3 变栅距光栅研究现状及应用15-24
• 1.3.1 变栅距光栅研究现状15-18
• 1.3.2 变栅距光栅的应用18-24
• 1.4 论文的主要研究内容和结构安排24-27
• 1.4.1 论文的主要研究内容24
• 1.4.2 论文的结构安排24-27
• 第2章 平面变栅距全息光栅的基本原理27-49
• 2.1 引言27-28
• 2.2 平面变栅距光栅的聚焦原理28-30
• 2.3 平面变栅距光栅刻槽函数设计30-38
• 2.3.1 基于像差系数的平面变栅距光栅的刻槽函数系数设计方法31-35
• 2.3.2 平面变栅距光栅的分辨能力35-38
• 2.4 平面变栅距全息光栅的曝光系统38-47
• 2.4.1 球面波曝光系统记录平面变栅距光栅39-41
• 2.4.2 非球面波曝光系统记录平面变栅距光栅41-47
• 2.5 本章小结47-49
• 第3章 球面波曝光系统下平面变栅距光栅记录参数的优化算法49-67
• 3.1 引言49-50
• 3.2 研究背景50-52
• 3.2.1 局部优化算法51
• 3.2.2 遗传算法51-52
• 3.3 改进的局部优化算法52-55
• 3.3.1 建立目标函数52-53
• 3.3.2 改进的局部优化算法流程53-55
• 3.4 不同优化算法对光栅记录参数的设计及结果对比分析55-65
• 3.4.1 变栅距全息光栅记录参数对比分析57-59
• 3.4.2 变栅距全息光栅刻槽函数对比分析59-61
• 3.4.3 变栅距全息光栅分辨能力对比分析61-65
• 3.5 本章小结65-67
• 第4章 球面波曝光系统记录参数误差对光栅光谱成像的影响及补偿67-87
• 4.1 引言67
• 4.2 平面变栅距全息光栅评价方法67-72
• 4.2.1 刻槽密度函数分析68
• 4.2.2 聚集曲线分布分析68-69
• 4.2.3 谱像宽度分析69-72
• 4.3 记录臂长误差对光栅光谱性能的影响分析及补偿方法72-78
• 4.3.1 记录臂长误差对光栅刻槽密度的影响72-73
• 4.3.2 记录臂长误差对聚焦曲线的影响73-74
• 4.3.3 记录臂长误差对谱像宽度的影响74-75
• 4.3.4 记录臂长误差补偿方法75-78
• 4.4 记录角度误差对光栅光谱性能的影响分析及补偿方法78-84
• 4.4.1 记录角度误差对光栅刻槽密度的影响78-79
• 4.4.2 记录角度误差对聚焦曲线的影响79-81
• 4.4.3 记录角度误差对谱像宽度的影响81
• 4.4.4 记录角度误差补偿方法81-84
• 4.5 本章小结84-87
• 第5章 极紫外波段平面变栅距全息光栅的研制87-107
• 5.1 引言87-88
• 5.2 用于极紫外波段平面变栅距全息光栅设计88-96
• 5.2.1 极紫外波段平面变栅距全息光栅的刻槽密度函数构建88-90
• 5.2.2 极紫外波段平面变栅距全息光栅记录参数的优化设计90-91
• 5.2.3 极紫外波段平面变栅距全息光栅记录参数的优化结果分析91-96
• 5.3 极紫外波段平面变栅距全息光栅制作96-106
• 5.3.1 曝光系统搭建与调试97-100
• 5.3.2 基底准备100-101
• 5.3.3 全息曝光及显影101-104
• 5.3.4 刻槽密度测量104-106
• 5.4 本章小结106-107
• 第6章 柱面波曝光系统制作平面变栅距光栅的初步分析107-117
• 6.1 引言107-108
• 6.2 刻槽弯曲对光栅的影响108-111
• 6.2.1 刻槽弯曲对光栅刻槽密度函数的影响109-110
• 6.2.2 刻槽弯曲对光栅光谱分辨能力的影响110-111
• 6.3 柱面波曝光系统111-116
• 6.3.1 柱面波曝光系统光栅刻槽密度函数推导112-114
• 6.3.2 柱面波曝光光路设计114-116
• 6.4 本章小结116-117
• 第7章 总结与展望117-119
• 7.1 论文工作总结117-118
• 7.2 展望118-119
• 参考文献119-127
• 在学期间学术成果情况127-129
• 指导教师及作者简介129-131
• 致谢131-132

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 常丽;许会;修国一;;基于相关和最小二乘原理的光栅栅距动态测量[J];仪器仪表学报;2013年05期

2 张兵;滕霖;李秉实;王东辉;樊正云;;变栅距光栅线位移传感器的温度影响分析[J];航空精密制造技术;2009年03期

3 张国范;应用不等栅距光栅的光刻对准系统[J];航空精密制造技术;1998年01期

4 时轮;一种亚纳米级变栅距衍射光栅制作方法的研究[J];光学技术;2003年03期

5 王炜,杨厚民;平面变栅距光栅的原理及设计[J];光学学报;1999年09期

6 包艳;杨德兴;李秉实;王东辉;郑普超;;柔性变栅距光栅角位移传感器的精度分析与工艺实现[J];光学精密工程;2011年08期

7 高丽敏;李萍;周莉;陈璇;;基于时间倾斜法的动/动干涉非定常模拟[J];工程热物理学报;2014年09期

8 时轮,郝德阜;变栅距衍射光栅的原理及应用[J];光学精密工程;2001年03期

9 黄希程;轴流涡轮不等栅距板式喷嘴叶片的造型计算方法[J];上海机械学院学报;1984年02期

10 郭之虞,张征芳,赵夔,陈佳洱;离子束ns脉冲测量用可变栅距同轴靶[J];原子能科学技术;1986年06期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 郑普超;张兵;张超;包艳;李秉实;;变栅距光栅线位移传感器优化[A];全面建成小康社会与中国航空发展——2013首届中国航空科学技术大会论文集[C];2013年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 PCPOP 蚂蚁;谈谈二手特丽珑显像管的大屏显示器选购[N];中国电脑教育报;2003年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 姜岩秀;平面变栅距全息光栅设计方法与制作技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2015年

2 刘正坤;变栅距光栅位移传感器的若干问题研究[D];中国科学技术大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 黎华;变栅距光栅透镜的设计与制作工艺研究[D];中国科学院深圳先进技术研究院;2013年

，

本文编号：774814