宽带脉冲压缩光栅的制作与刻蚀特性研究

发布时间：2017-05-12 08:22

  本文关键词：宽带脉冲压缩光栅的制作与刻蚀特性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：大口径脉冲压缩光栅(PCG)是大型脉冲压缩系统中的核心元件之一,现有PCG包括：镀金光栅,多层介质膜光栅和金属介质膜光栅。课题的主要目的是制作宽带脉冲压缩光栅和提高现有多层介质膜光栅的衍射效率。论文内容包括：1.宽带正弦形镀金脉冲压缩光栅的制作。镀金光栅具有制作简单、价格低廉等优点,在较大的带宽范围内能实现较高的衍射效率,因而在超短超强激光脉冲压缩系统中得到了重视。为了满足强激光系统的需求,我们采用“梯形光栅-涂胶-离子束溅射镀膜”(TGCD)和“全息光刻-离子束溅射镀膜”(HLD)等两种方法,分别制作了线密度为1740线/mm,槽深为210 nm左右的宽带镀金正弦光栅。测得其TM偏振、自准直入射,-1级平均衍射效率在750-850 n范围大于87%,最高可达90%。实验已证明：通过TGCD和HLD方法比较容易控制光栅槽深,去除光刻胶后基底可继续使用。该光栅的衍射效率和带宽能满足国内一般宽带镀金脉冲压缩光栅的使用要求。上述两种方法考虑到了大尺寸镀金光栅对糟深均匀性的要求,因此对以后制作大尺寸镀金光栅有很好的参考价值。2.宽带正弦顶镀金光栅制作工艺研究。主要研究了使用于高功率脉冲压缩系统的正弦顶高衍射效率宽带镀金光栅的制作工艺。这种光栅和普通的镀金脉冲压缩光栅不同,它是在刻蚀成正弦顶形状的石英基底上直接镀金来制作的,而普通镀金光栅都有一层光刻胶层。制作中通过控制胶厚、曝光-显影以及氧气刻蚀等过程来优化光刻胶光栅掩模的槽深和占宽比。利用以上方法成功制作出了线密度为1740线/mm的高衍射效率、正弦顶、宽带镀金光栅。入射角为53。、TM偏振,-1级平均衍射效率在750-850 nm范围为89.2%,最高值为90%。3.宽带金属介质膜光栅刻蚀工艺研究。金属介质膜脉冲压缩光栅是最近制作出来的一种新型光栅。金属介质膜光栅制作难度高,现在还处于实验室探索阶段,所以对其制备和刻蚀技术的探索与研究很有必要。金属介质膜光栅刻蚀工艺主要包括：①光刻胶光栅掩模的定性判断与进-步调整,②离子束刻蚀中的图形转移。为了降低光刻胶掩模的加工难度我们选用CHF3作为工作气体。通过大量的实验结果统计得出金属介质膜光栅刻蚀工艺要求为：光刻胶光栅掩模高度260 nm,占宽比0.15。刻蚀后的MMDG槽深约为300 nm,占宽比为0.3-0.4。4.提高多层介质膜光栅衍射效率的实验研究。本文给出了无阻刻层时Si02顶层PCG的衍射效率分析。衍射效率是多层介质膜PCG应用中的非常关键的参数,优化光栅槽形参数(槽深和占宽比)可以获得更高的衍射效率。在优化光栅槽深和占宽比时,我们采用灰化和氧气刻蚀的方法减少了光刻胶光栅掩模的占宽比,采用压溶胶的方法增大了光刻胶光栅掩模的占宽比。通过以上两种方法的有效结合,得到了最佳的光刻胶光栅掩模。Si02顶层厚度为431 nm时,较好的占宽比范围为0.35-0.5,最佳槽深范围为260-460 nm。光刻胶光栅掩模槽底不干净,侧壁不陡直,占宽比过小或过大等因素最终会导致多层介质膜光栅衍射效率的降低,解决这些问题是提高衍射效率的关键。
【关键词】：脉冲压缩光栅 衍射效率 多层介质膜光栅 离子束刻蚀 光刻胶光栅掩模
【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】：TH74;TN305.7
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 课题背景11-13
• 1.1.1 引言11
• 1.1.2 CPA系统中的脉冲压缩光栅及分类11-13
• 1.2 脉冲压缩光栅的研究进展13-14
• 1.3 论文的研究目的14
• 1.4 论文的研究工作14-17
• 第二章 宽带镀金脉冲压缩光栅的研制17-45
• 2.1 正弦宽带镀金脉冲压缩光栅的研制17-27
• 2.1.1 引言17-18
• 2.1.2 正弦宽带镀金光栅的制作18-21
• 2.1.2.1 梯形光栅-涂胶-离子束溅射镀膜工艺19-20
• 2.1.2.2 全息光刻-离子束溅射镀膜工艺20-21
• 2.1.3 实验结果与讨论21-26
• 2.1.4 小结26-27
• 2.2 正弦顶宽带镀金脉冲压缩光栅的研制27-45
• 2.2.1 引言27
• 2.2.2 设计27-32
• 2.2.3 制作32-43
• 2.2.4 小结43-45
• 第三章 金属介质膜脉冲压缩光栅及刻蚀工艺研究45-63
• 3.1 引言45
• 3.2 金属介质膜脉冲压缩光栅45-46
• 3.3 金属介质膜脉冲压缩光栅的刻蚀46-50
• 3.4 衍射效率测量及分析50-60
• 3.5 本章小结60-63
• 第四章 提高多层介质膜光栅效率的方法63-79
• 4.1 引言63-64
• 4.2 多层介质膜脉冲压缩光栅特性分析64-66
• 4.2.1 光栅与超短脉冲作用性能分析64
• 4.2.2 无阻刻层时SiO_2顶层PCG衍射效率分析64-66
• 4.3 提高多层介质膜脉冲压缩光栅衍射效率的方法66-69
• 4.3.1 提高衍射效率实验方案及关键问题66-68
• 4.3.2 实验方法68-69
• 4.4 实验结果及分析69-75
• 4.5 衍射效率测量75-77
• 4.5.1 衍射效率测量光路设计75-77
• 4.6 本章小结77-79
• 第五章 总结与展望79-81
• 5.1 论文的工作总结79-80
• 5.2 论文的主要创新点80
• 5.3 展望80-81
• 参考文献81-91
• 作者攻读博士学位期间发表的论文91-93
• 致谢93-94

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 刘世杰;麻健勇;沈自才;孔伟金;沈健;晋云霞;赵元安;邵建达;范正修;;多层介质膜脉冲宽度压缩光栅与超短脉冲作用时的性能分析[J];物理学报;2007年08期

  本文关键词：宽带脉冲压缩光栅的制作与刻蚀特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：359287