軟X射線全息平焦場(chǎng)光柵的研制.pdf

1、在核聚變、天體物理和材料研究等領(lǐng)域，極紫外/軟X射線光譜特征分析是其研究的重要手段，極紫外/軟X射線掠入射平焦場(chǎng)光柵譜儀由于能耦合平面探測(cè)器，獲得具有時(shí)空分辨的光譜分析，目前已被廣泛采用。極紫外/軟X射線平焦場(chǎng)光柵是其核心光學(xué)元件，主要有刻劃光柵和全息光柵兩種，目前全息光柵可以替代刻劃光柵用于光譜儀的搭建，而且相比之下，全息光柵有高次諧波抑制效果好、低雜散光和低散射光等優(yōu)點(diǎn)。
　　本課題主要研究應(yīng)用于0.8-6nm波段的平焦場(chǎng)光柵

2、的設(shè)計(jì)和制作，論文的主要內(nèi)容包括:
　　1、基于凹面消像差光柵的像差理論，并結(jié)合實(shí)測(cè)的光柵基底曲率半徑優(yōu)化了應(yīng)用在0.8-6nm平焦場(chǎng)光柵的線密度分布參數(shù);利用光程差理論設(shè)計(jì)了工藝上可行的非球面波記錄光路;使用嚴(yán)格耦合波方法給出了光柵的槽型結(jié)構(gòu)參數(shù)及其允許的工藝寬容度。
　　2、由于光柵不同區(qū)域成像特性的差別，導(dǎo)致了在1.3nm以下的光譜分辨率低，針對(duì)各個(gè)區(qū)域的成像特點(diǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)不同區(qū)域的衍射效率來(lái)調(diào)節(jié)各區(qū)域成像在最終成像中

3、所占的比重，以提高1.3nm以下的光譜分辨率。另一方面，全息光柵的條紋彎曲會(huì)帶來(lái)光譜像的彎曲，從而影響分辨率，從制作光路的角度我們給出了光柵條紋的調(diào)整方法，最終提出利用柱面反射鏡替代球面反射鏡以獲得近似直的光譜像，能有效的改善2nm以上的光譜分辨率。
　　3、光柵的制作工藝:系統(tǒng)分析了曝光光路的調(diào)節(jié)誤差對(duì)線密度分布的影響，并發(fā)現(xiàn)了誤差之間可以相互補(bǔ)償;利用非球面波記錄光路制作了光刻膠光柵掩模，利用灰化技術(shù)獲得了期望的占寬比，最后利

4、用離子束刻蝕將光刻膠圖形轉(zhuǎn)移到融石英基底上，獲得了占寬比為0.35±0.1，槽深9±1nm的Laminar全息平焦場(chǎng)光柵;探索了采用柱面反射鏡制作平焦場(chǎng)光柵的可行性，發(fā)現(xiàn)了由于柱面反射鏡加工方法帶來(lái)的應(yīng)用問(wèn)題。
　　4、利用位相片搭建了基于自準(zhǔn)直衍射法的線密度測(cè)量系統(tǒng)，分析了偏心誤差對(duì)測(cè)量的影響，并給出了利用光柵本身特性調(diào)整降低偏心誤差的方法。利用該系統(tǒng)測(cè)量了制作的全息光柵，最終的線密度偏差在±0.5％以內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求。