本文關(guān)鍵詞：掃描干涉場曝光系統(tǒng)中光柵衍射波前控制方法研究

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【摘要】：大尺寸衍射光柵作為十分重要的核心器件應(yīng)用在光譜儀器、天文學(xué)、計(jì)量學(xué)和慣性約束核聚變等眾多領(lǐng)域。傳統(tǒng)全息光柵制造技術(shù),曝光系統(tǒng)需要透鏡口徑很大,材料的獲取、加工以及系統(tǒng)的裝調(diào)都是難以解決的問題,同時(shí)也無法對(duì)光柵衍射波前質(zhì)量進(jìn)行精確控制。掃描干涉場曝光系統(tǒng)是這幾年出現(xiàn)的一種新的全息光柵制作方式,它吸收了機(jī)械刻劃、全息曝光和激光直寫等制作方法的優(yōu)點(diǎn)。曝光光束選用兩束小尺寸的高斯光,重合于光柵基底上表面并干涉生成水平的干涉條紋,二維精密工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)光柵基底在水平面上以掃描-步進(jìn)的軌跡運(yùn)動(dòng),使干涉條紋在部分疊加的基礎(chǔ)上,拼接曝光得到大尺寸的全息光柵,疊加拼接曝光的過程中,干涉條紋的相位分布會(huì)直接影響全息光柵的衍射波前。工作臺(tái)位置測量系統(tǒng)用于定位承載光柵基底的工作臺(tái)位置,可以獲取已曝光區(qū)域干涉條紋潛像的相位,曝光光束相位測量系統(tǒng)是可以獲取即將曝光區(qū)域干涉條紋的相位,相位鎖定系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)光柵波前的相位調(diào)制,因此,通過工作臺(tái)位置測量,干涉條紋相位測量和光柵波前相位調(diào)制三個(gè)過程可以實(shí)現(xiàn)掃描干涉場中對(duì)光柵衍射波前的控制。論文主要包括以下內(nèi)容。第一,工作臺(tái)位置測量,為了解決工作臺(tái)定位不精確導(dǎo)致光柵衍射波前差、衍射效率低問題,針對(duì)原型樣機(jī)提出了外差測量法,并利用波長跟蹤器補(bǔ)償測量光路的折射率變化,設(shè)計(jì)了測量系統(tǒng)并進(jìn)行了精度分析。針對(duì)正樣設(shè)備提出雙色測量法,并應(yīng)用補(bǔ)償臂對(duì)測量臂光程位移量測量值不確定度進(jìn)行補(bǔ)償。第二,工作臺(tái)測量鏡面形檢測,當(dāng)工作臺(tái)沿平行于測量鏡鏡面的方向運(yùn)動(dòng)時(shí),測量鏡的面形誤差不可避免的引入到工作臺(tái)測量中,針對(duì)原型樣機(jī),利用三路激光干涉儀組成兩組不等跨度的檢測機(jī)構(gòu),得到兩組工作臺(tái)測量鏡面形的原始數(shù)據(jù),通過這兩組數(shù)據(jù)之間的關(guān)系修正跨度間的面形細(xì)節(jié)誤差,提高了檢測的精密度和精細(xì)度。針對(duì)正樣設(shè)備,使用傳統(tǒng)測量鏡面形檢測需要長達(dá)1.8米的Y軸測量鏡,加工成本高、裝調(diào)難度大,對(duì)此提出不用y軸測量鏡,采用三點(diǎn)法檢測x軸測量鏡面形。與同等條件下兩點(diǎn)法對(duì)比,重復(fù)性優(yōu)于兩點(diǎn)測量法。第三,干涉條紋相位測量,針對(duì)干涉條紋測量精度低、抗干擾能力差的問題,分析了干涉條紋相位測量誤差來源,提出采用對(duì)稱測量法,利用四合一棱鏡,開發(fā)了一套高精度相位測量系統(tǒng),設(shè)計(jì)了測量光路并進(jìn)行了精度分析和穩(wěn)定性分析,制作光柵波前質(zhì)量有明顯提升。第四,光柵衍射波前調(diào)制,闡述了光柵衍射波前調(diào)制理論和方法,分析得出光柵衍射波前由曝光過程中干涉條紋相位分布決定。通過全息光柵曝光原理,分析全息光柵相位分布由工作臺(tái)測量項(xiàng)、相位測量項(xiàng)和相位鎖定項(xiàng)三個(gè)部分決定,光柵衍射波前控制通過工作臺(tái)位置測量,干涉條紋相位測量和光柵波前相位調(diào)制三個(gè)過程實(shí)現(xiàn),最后對(duì)光柵衍射波前調(diào)制進(jìn)行了仿真模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,結(jié)果表明掃描干涉場曝光系統(tǒng)能夠很好的對(duì)光柵衍射波前進(jìn)行控制。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O436.1;TN25

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