压弯光栅线密度检测

对压弯光栅的线密度进行了实验研究。首先制作了大变化率的变线距光栅(约9.2 line/mm),并选取薄玻璃(0.16 mm)作为光栅基底材料。其后采用长程面形仪测试压弯后光栅面形,使用衍射法测试压弯前后光栅线密度,从而得到线密度的变化曲线。实验与理论计算结果误差小于0.41 line/mm rms。     

平面光栅单色器系统光路设计和像差计算

本大根据Michael P. Chrisp的全息环面光栅系统波像差理论,重新推导了平面对称光橱系统的像差系数,使理论的适用范围延伸到多种面形(环面、抛物面、椭球面等)所组成的系统.应用上述公式,本文建立了适用于各种面形的光学系统像差计算程序,并对若干平面光栅单色器实例进行了分析计算.结果表明,该方法对设计分析这种系统是十分有效的.     

云纹法检测变线距光栅的线密度

变线距光栅在同步辐射装置、激光核聚变装置上有着广阔的应用前景,它的制作和检测方法尚未成熟,本文在介绍变线距光栅线密度变化规律的基础上,采用级数形式表达变线距光栅线密度,比较了几种测量方法后,将云纹法引入变线距光栅的检测中,从理论上介绍了几何云纹法和云纹干涉法,几何云纹法适合于线密度很低的光栅,云纹干涉法适合于线密度较高的光栅,云纹的密度反映了光栅的线密度,如果云纹非常密,精确地测量所有云纹的坐标比较难,可以用数云纹数目的方法测出光栅的密度变化,就变线距光栅的检测分别给出了有关理论公式,并给出实际测量中的光路和初步的结果,最后指出这种方法可以用在变线距光栅的加工中.     

同步辐射水平偏转压弯镜面形误差分析与补偿

为提高同步辐射压弯镜面形精度,降低水平偏转压弯机构及镜子自重对压弯镜面形的影响,分析了影响压弯镜面形精度的因素,并提出了一种有效的重力平衡补偿方法.在研究水平偏转压弯机构压弯机理的基础上,对压弯镜面形进行误差分析;针对光束线中使用的压弯聚焦镜,利用有限元方法分析了影响面形精度的主要因素;最后,根据水平偏转压弯机构特点及...     

同步辐射仪器中柔性铰链压弯机的研究

阐述了一种应用柔性铰链产生精密光学反射镜的弹性压弯机构的工作原理.应用经典力学方法对这种压弯机构进行了详细的力学分析,并将这种弹性压弯机构简化成平面钢架结构,用力法正则方程和梁的弯曲方程推导得出镜子的曲率与压弯机构参数及压弯驱动力之间的关系,即压弯机构驱动方程或镜子曲率方程.对影响镜子面形精度的弹性压弯机构参数进行分析,重点讨论了弹性压弯机构转动中心轴和镜子中性面不重合时对镜子面形精度的影响.分析了柔性铰链在这种弹性压弯机构中的作用及其对镜子面形精度的影响.并应用有限元数值计算方法对经典力学分析得出的压弯机构驱动方程进行验证,证实了经典力学分析的正确性.此压弯机构驱动方程可以作为这种弹性压弯机构设计的理论基础.     

弧矢压弯晶体的力学性能与形位误差分析

介绍了利用柔性铰链机构对弧矢聚焦双晶单色器中第二晶体进行动态压弯的工作原理,优化了压弯机构和晶体的几何参数,然后应用有限元方法模拟分析压弯装置与晶体的力学性质,最后分析了弯晶的形位误差并计算因此造成的弯晶光束入射角的变化。分析结果表明:替换后单色器的水平接收角由1 mrad增加到3 mrad,样品上光斑的水平半高宽由12.5 mm减小到2.5 mm。优化后晶体因压弯产生的鞍形曲率半径约为弧矢曲率半径的1 700倍,造成的入射角误差为2.2 μrad;压弯装置上的最大平均应力约为800 MPa,并由此确定了以铍青铜作为压弯机构的材料,晶体的曲率半径为0.57~1.72 m和驱动力为8~2.67 N时的线性关系。分析结果表明:该单色器的设计完全达到了设计指标,在提高光子通量和光子密度的同时又能满足XAFS光束线测量过程中需要频繁快速扫描的要求。     

小形变变形镜的设计及其在低像差脉冲压缩光栅中的应用

考虑激光脉冲啁啾放大与压缩技术要求脉冲压缩光栅有较低的像差,设计并制作了一个小形变变形镜来补偿大口径光栅基板加工残余的亚微米级静态像差对光栅波像差的影响。该变形镜有效口径为80mm、厚度为5mm,包含19个分立式压电促动器。采用干涉仪测量得到各个促动器的响应函数,构建了变形镜的刚度矩阵;采用最小二乘法求解出获得目标面形时各个促动器上所需施加的控制电压;通过整体优化和局部优化的结合,使变形镜的目标面形得到了有效控制。应用该变形镜构建了主动式全息光学记录系统,并选用具有较大像差的基板开展了光栅像差补偿实验。实验显示,对残余像差为~0.93λ的基板,采用变形镜后制作出了残余波面PV可达0.14λ(@633nm)的脉冲压缩光栅,验证了小形变变形镜在光栅基底像差补偿上的有效性。     

SX-700单色器光栅正弦机构转角重复精度的模拟分析与测量

为了使上海光源(SSRF)研制的SX-700单色器的主要设计指标——波长扫描转角重复精度满足优于0.43″的要求,研究了单色器的波长扫描组件—光栅正弦机构的转角精度误差来源。设计单色器结构时,运用有限元分析软件AN-SYS对光栅正弦机构进行数值模拟计算,并根据模拟结果对光栅正弦机构的转角重复精度进行了误差分析,得到的转角重复精度为0.28″。依据分析结果制定了工程设计方案,并成功加工、装配了SX-700单色器。利用作者建立的一套由光电自准直仪组成的测试系统对光栅正弦机构的转角重复精度进行测试,实测精度为0.15″。结果表明,设计的SSRF的SX-700单色器光栅正弦机构的转角重复精度满足设计要求。     

对变线距光栅干涉测量中的环形条纹的分析

变线距光栅能够自动聚焦和消像差,在同步辐射装置、激光核聚变装置上有着广阔的应用前景,本文用干涉法测量变线距光栅的密度,设计并给出了实验中的光路,发现了环形的干涉条纹和变化规律,分析了这些现象产生的原因,产生明显的环形条纹的必要条件首先是变线距光栅的线密度单调变化的,连续增加或连续减小,其次要光栅的刻线是弯的,第三虚栅的密度接近待测光栅的整数倍,由于元件位置偏差,检测用的平面波会变成球面波,也会产生环形的干涉条纹,但是这种效应可以忽略.预言了类似双曲线的干涉条纹.通过对条纹运动规律的分析,可以在初步测量中定性分析光栅密度的变化趋势,从而为进一步测量做准备.     

反射式摄谱仪/单色计计算机辅助设计的研究

本文在深入研究光学计算机辅助设计方法的基础上,应用Michael.P.chrisp波像差理论,编制了功能较齐全的摄谱仪/单色计计算机辅助设计软件。该软件具有计算像差,自动设计,象质评价,绘制图形等功能。光学元件面形可以是平面、球面、超环面、抛物面、椭球面。光学系统可以包含若干个反射面或全息光栅。和若干标准实例对比,表明该软件计算像差准确,自动设计良好,各项功能是可靠的,故可实际应用于这种光学系统的光学设计。     

闪耀透射光栅衍射规律的分析和验证

基于标量理论研究了不同槽形角,不同刻线密度的透射式闪耀光栅对使用波段的影响,推导了闪耀透射光栅的衍射光能量分布规律。分析证明了透射闪耀光栅在衍射能量最强方向上衍射光的衍射角与入射光的入射角之间的关系满足Snell定律。给出了入射角、衍射角与槽形角之间的关系式,研究了不同刻线密度和槽形角条件下衍射光能量分布的规律。对闪耀透射光栅进行了测量和比较,结果表明:已有闪耀透射光栅测量的结果与理论计算数据相吻合。制备了聚二甲基硅氧烷(PDMS)可调谐闪耀透射光栅,应用研究的理论公式测量了该闪耀透射光栅在拉伸与自由状态下的闪耀波长和光栅刻线密度,结果显示其波长测量误差在5nm以内。拟合了光栅的等效槽形,验证了实时监测PDMS光栅槽形和刻线密度随拉力大小变化的规律。     

工作波长为13.9nm的Laminar分合束光栅研制

目的：基于衍射光栅分合束元件的软X射线Mach－Zehnder干涉系统在惯性约束聚变,X射线激光等领域都有重要的应用前景。针对该干涉系统的特点设计、制作了工作波长为13.9nm的矩形分合束光栅。方法：利用全息曝光－离子束刻蚀工艺制作了特定参数的矩形光栅,利用长行程面型仪（LTP）对其线密度进行了测量,利用原子力显微镜测量其槽深与占宽比,利用国家同步辐射实验室（NSRL）U27实验站测量其衍射效率。结果：该矩形光栅的参数为线密度1000l/mm,槽深13±0.2nm,占宽比0.4±10%,Au膜厚度为40±0.5nm;在工作波长为13.9nm,81.2°入射时,其0级与-1级衍射光衍射效率乘积的最大值为8.6％,同时0级与-1级衍射效率亦接近,约为27％和30％。结论：测量结果充分证明矩形光栅作为13.9nm激光的分合束元件是能够获得高分合束效率(>7%),且矩形分合束元件易于制作。     

自由电子激光器用极紫外波段平面变栅距光栅

针对极紫外波段自由电子激光器(大连相干光源,DCLS)对高分辨能力平面变栅距光栅的需求,基于光程差以及像差原理构建了极紫外平面变栅距全息光栅。采用改进的局部优化算法给出了平面变栅距光栅的记录参数,利用全息曝光技术在硅光栅基底上制作了中心刻线密度为600gr/mm、占宽比为0.46、槽深为550nm、有效刻划面积为30mm×30mm的极紫外平面变栅距全息光栅。采用Littrow衍射法测量了平面变栅距光栅的刻线密度,并基于像差理论分析了平面变栅距光栅的理论分辨能力。结果表明:制作的600gr/mm平面变栅距光栅在有效面积内的刻线密度误差小于0.175gr/mm,在极紫外波段(50~150nm)的分辨能力大于12 000,满足自由电子激光器的设计要求。提出的设计及制作方法为制作高质量平面变栅距光栅提供了理论及技术保障。     

全息光栅制作中光栅掩模槽形形状随光刻胶特性曲线的演化规律

为分析光栅槽形形成的基本原理及槽形随光刻胶特性曲线的演化规律,建立了显影过程中光栅掩模槽形形成的演化模型。基于光刻胶溶解速率在不同曝光量区间的变化,将光刻胶特性曲线分成3个不同区域并分析各区域在光栅掩模槽形形成中的作用,讨论了在不同光刻胶特性曲线条件下光栅掩模槽形的演化规律。结果表明:当光刻胶非线性效应显著时,掩模槽形易形成矩形或梯形,此时槽深由原始胶厚决定;当光刻胶线性效应较显著时,槽形形成正弦形同时槽深有所减小。该模型正确反映了光栅槽形随光刻胶特性曲线变化的演化规律,为通过控制光刻胶特性曲线制作多种掩模槽形提供了理论依据及方法。     

机械刻划过程中的材料滞留特征分析

为研究光栅毛胚材料在机械刻划过程中滞留区的产生及分布特征。基于LEE和SHAFFER提出的正交切削滑移线场理论模型,在机械刻划塑流剖面内建立了带有滞留区特征的滑移线场模型,提出量纲一滞留区几何尺寸的计算方法。并结合有限元仿真方法获得了机械刻划三向分力,经拟合得到滞留区几何尺寸的演变规律,揭示了滞留区产生机理及分布特征。最后通过机械刻划试验,验证了槽面滞留区的分布特征及其对光栅槽质量的影响。研究结果表明：在一定的机械刻划加工工艺条件下,光栅槽面形成明显分界线,该线将光栅槽面分为塑性变形区和滞留区。因槽面分区成形机理和槽面质量不同,多道槽机械刻划槽面会发生非线性变形,最终将影响衍射光栅的光学衍射效果。此研究结果为从滞留区角度考虑大负前角刀具机械刻划槽形及槽面质量的控制优化问题提供了理论及试验依据。     

消像差光栅的理论及实验研究

对消像差光栅进行了理论和实验研究。用光程函数和费马原理研究光栅的成像,用刻槽分布函数表示光栅的刻槽曲率及间距变化。对成像的理论分析表明光栅刻槽分布函数比刻槽间距更容易表达像差,给出了消像差光栅的表达形式。比较了SD、WFA、LPF等光栅的参数优化方法。探讨了消像差光栅密度的干涉测量法,设计了光路,对光栅密度进行了测量。     

基于LABVIEW的高精度光栅细分方法

光栅测量技术的基本内容主要是光栅信号的计数和细分问题。高精度的光栅测量其分辨率要求达到纳米级甚至微纳米级。通过提高光栅刻线密度来提高其测量精度和分辨率是无法达到的。为了使光栅测量具有更高的精度,我们只能对光栅信号进行细分处理。在本文中我们利用LABVIEW软件提出一种软件细分方法,利用光栅信号的两路信号的正负以及绝对值差的正负将信号周期分为八个区间,计算出每个区间的细分值,并且用LABVIEW软件进行编程,从而达到细分的效果。     

亚波长光栅的衍射效率

本文使用矢量衍射理论一严格的耦合波理论对亚波长光栅的衍射效率进行了数值计算，得到在不同光栅参数时亚波长光栅的衍射效率，对影响光栅衍射效率的各个光栅参数分别进行分析，讨论了光栅在光栅参数变化时的衍射特性，给出衍射效率随光栅各个参数的变化曲线。由结果可知亚波长光栅的衍射效率随光栅槽的深度以及光栅占空比有着规律性的变化，选取不同的光栅参数就可得到完全不同的衍射效率，这样就为设计出所需要的光栅滤波特性提供了制造依据。     

全息离子束摆动刻蚀凸面闪耀光栅制备技术

高衍射效率的凸面闪耀光栅是高光谱分辨率成像光谱仪的核心分光元件,其制作方法包括机械刻划法、电子束直写法、X射线光刻法、全息离子束刻蚀法等,其中全息离子束刻蚀法因为具备良好的各向异性,不受尺寸与曲面形状限制,杂散光低,完全没有鬼线,制造时间短等优点成为现今光栅制造领域常用方法之一。传统全息离子束刻蚀凸面光栅时基底的弯曲会导致槽形闪耀角的不一致性,并且在制作小闪耀角凸面光栅时基底表面会有部分区域无法被刻蚀和槽形曲面不连续的现象,而摆动刻蚀凸面闪耀光栅可以克服上述缺点。对全息离子束刻蚀方法制作凸面闪耀光栅多方面进行了综述。