软X射线全息平焦场光栅的研制

发布时间：2017-11-29 09:22

  本文关键词：软X射线全息平焦场光栅的研制

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【摘要】：在核聚变、天体物理和材料研究等领域,极紫外／软X射线光谱特征分析是其研究的重要手段,极紫外／软X射线掠入射平焦场光栅谱仪由于能耦合平面探测器,获得具有时空分辨的光谱分析,目前已被广泛采用。极紫外／软X射线平焦场光栅是其核心光学元件,主要有刻划光栅和全息光栅两种,目前全息光栅可以替代刻划光栅用于光谱仪的搭建,而且相比之下,全息光栅有高次谐波抑制效果好、低杂散光和低散射光等优点。 本课题主要研究应用于0.8-6nm波段的平焦场光栅的设计和制作,论文的主要内容包括： 1、基于凹面消像差光栅的像差理论,并结合实测的光栅基底曲率半径优化了应用在0.8-6nm平焦场光栅的线密度分布参数；利用光程差理论设计了工艺上可行的非球面波记录光路；使用严格耦合波方法给出了光栅的槽型结构参数及其允许的工艺宽容度。 2、由于光栅不同区域成像特性的差别,导致了在1.3nm以下的光谱分辨率低,针对各个区域的成像特点,通过调节不同区域的衍射效率来调节各区域成像在最终成像中所占的比重,以提高1.3nm以下的光谱分辨率。另一方面,全息光栅的条纹弯曲会带来光谱像的弯曲,从而影响分辨率,从制作光路的角度我们给出了光栅条纹的调整方法,最终提出利用柱面反射镜替代球面反射镜以获得近似直的光谱像,能有效的改善2nm以上的光谱分辨率。 3、光栅的制作工艺：系统分析了曝光光路的调节误差对线密度分布的影响,并发现了误差之间可以相互补偿；利用非球面波记录光路制作了光刻胶光栅掩模,利用灰化技术获得了期望的占宽比,最后利用离子束刻蚀将光刻胶图形转移到融石英基底上,获得了占宽比为0.35±0.1,槽深9±1nm的Laminar全息平焦场光栅；探索了采用柱面反射镜制作平焦场光栅的可行性,发现了由于柱面反射镜加工方法带来的应用问题。 4、利用位相片搭建了基于自准直衍射法的线密度测量系统,分析了偏心误差对测量的影响,并给出了利用光栅本身特性调整降低偏心误差的方法。利用该系统测量了制作的全息光栅,最终的线密度偏差在±0.5%以内,满足设计要求。 5、最后提出使用近场全息曝光结合离子束刻蚀的方法制作软X射线全息平焦场光栅,并从理论上分析其可行性。分析制作过程中不同的曝光配置下光栅线密度分布的转移误差及其控制,探讨了德国耶拿大学电子束光刻设备制作掩模板的相关问题,主要包括高变化率线密度分布的近似实现方式及其对光谱成像质量的影响。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O434.13

【参考文献】

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本文编号：1236965