光栅成像扫描光刻技术

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衍射光栅是一种应用非常广泛且重要的高分辨率的色散光学元件,在现代光学仪器中占有相当重要的地位,它广泛应用于光谱分析、光纤通信、光学测量、空间科学以及激光演示等等各个领域,特别是高密度大尺寸光栅,在国家大工程中有非常重要的用途,例如用于激光核聚变项目上对激光脉冲进行压缩,其衍射效率可以达到95%以上。在光栅制备技术方面,许多国外的科研机构已经制作了密度千线以上的高性能大尺寸光栅,但是,目前国内的光栅拼接、扫描光栅、全息光栅等方面的研究与国外相比存在很大差距,因此针对大尺寸光栅的制造技术的研究与发展已经相当迫切。基于上述现状,我们提出了一种新型的高效的光栅制造技术——光栅成像扫描光刻,该技术具有制作周期短、光栅均匀性好、能量利用率高、尺寸可拓展、光学系统易于操作等优点,具有很大的发展空间。  本文首先回顾了光栅的发展历程、分类和特性,介绍了目前主流的大尺寸光栅制造技术,包括机械刻划,全息光刻和干涉扫描拼接技术,结合这些技术的优缺点,提出了光栅成像扫描光刻技术,详细介绍了该技术的实现过程,针对光栅的尺寸及密度的可拓展性进行了讨论。光栅的尺寸的调整,主要通过选择不同行程的移动台来实现,辅以光栅尺来提高移动台的精度;光栅密度的调节,主要取决于位相光栅的密度以及4F系统透镜的数值孔径。给出了相应的实验结果,周期分别为20μm,10μm,5μm的光栅,讨论了精确定位对最终制备的光栅质量的影响。最后对该技术未来的发展进行了展望,提出了相应的改进措施。
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