扫描干涉场曝光系统中光栅衍射波前控制方法研究

发布时间：2017-12-12 15:05

  本文关键词：扫描干涉场曝光系统中光栅衍射波前控制方法研究

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【摘要】：大尺寸衍射光栅作为十分重要的核心器件应用在光谱仪器、天文学、计量学和惯性约束核聚变等众多领域。传统全息光栅制造技术,曝光系统需要透镜口径很大,材料的获取、加工以及系统的装调都是难以解决的问题,同时也无法对光栅衍射波前质量进行精确控制。扫描干涉场曝光系统是这几年出现的一种新的全息光栅制作方式,它吸收了机械刻划、全息曝光和激光直写等制作方法的优点。曝光光束选用两束小尺寸的高斯光,重合于光栅基底上表面并干涉生成水平的干涉条纹,二维精密工作台驱动光栅基底在水平面上以扫描-步进的轨迹运动,使干涉条纹在部分叠加的基础上,拼接曝光得到大尺寸的全息光栅,叠加拼接曝光的过程中,干涉条纹的相位分布会直接影响全息光栅的衍射波前。工作台位置测量系统用于定位承载光栅基底的工作台位置,可以获取已曝光区域干涉条纹潜像的相位,曝光光束相位测量系统是可以获取即将曝光区域干涉条纹的相位,相位锁定系统可以实现光栅波前的相位调制,因此,通过工作台位置测量,干涉条纹相位测量和光栅波前相位调制三个过程可以实现扫描干涉场中对光栅衍射波前的控制。论文主要包括以下内容。第一,工作台位置测量,为了解决工作台定位不精确导致光栅衍射波前差、衍射效率低问题,针对原型样机提出了外差测量法,并利用波长跟踪器补偿测量光路的折射率变化,设计了测量系统并进行了精度分析。针对正样设备提出双色测量法,并应用补偿臂对测量臂光程位移量测量值不确定度进行补偿。第二,工作台测量镜面形检测,当工作台沿平行于测量镜镜面的方向运动时,测量镜的面形误差不可避免的引入到工作台测量中,针对原型样机,利用三路激光干涉仪组成两组不等跨度的检测机构,得到两组工作台测量镜面形的原始数据,通过这两组数据之间的关系修正跨度间的面形细节误差,提高了检测的精密度和精细度。针对正样设备,使用传统测量镜面形检测需要长达1.8米的Y轴测量镜,加工成本高、装调难度大,对此提出不用y轴测量镜,采用三点法检测x轴测量镜面形。与同等条件下两点法对比,重复性优于两点测量法。第三,干涉条纹相位测量,针对干涉条纹测量精度低、抗干扰能力差的问题,分析了干涉条纹相位测量误差来源,提出采用对称测量法,利用四合一棱镜,开发了一套高精度相位测量系统,设计了测量光路并进行了精度分析和稳定性分析,制作光栅波前质量有明显提升。第四,光栅衍射波前调制,阐述了光栅衍射波前调制理论和方法,分析得出光栅衍射波前由曝光过程中干涉条纹相位分布决定。通过全息光栅曝光原理,分析全息光栅相位分布由工作台测量项、相位测量项和相位锁定项三个部分决定,光栅衍射波前控制通过工作台位置测量,干涉条纹相位测量和光栅波前相位调制三个过程实现,最后对光栅衍射波前调制进行了仿真模拟和实验验证,结果表明扫描干涉场曝光系统能够很好的对光栅衍射波前进行控制。
【学位授予单位】：中国科学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】：2017
【分类号】：O436.1;TN25

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本文编号：1282927