平面变栅距全息光栅设计方法与制作技术研究

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1、密级:博士学位论文平面变栅距全息光栅设计方法与制作技术研究作者姓名：姜岩秀指导教师：巴音贺希格研究员中国科学院长春光学精密机械与物理研究所学位类别：理学博士学科专业：光学培养单位：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所2015年5月TheResearchonDesignMethodsandFabricatingTechnologyofVariedLine-SpaceHolographicPlaneGratingByJiangYan-xiuADissertationSubmittedtoUniversit

2、yofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofScienceChangchunInstituteofOptics,FineMechanicsandPhysics,ChineseAcademyofSciences,China,May,2015摘要平面变栅距全息光栅设计方法与制作技术研究姜岩秀（光学）导师：巴音贺希格研究员摘要平面变栅距光栅因为具有自聚焦、像差校正以及平焦场的特性，因此

3、适用于极紫外和软X射线波段的高分辨能力的掠入射单色器。平面变栅距光栅的刻槽分布决定了其消像差能力，其相邻栅距变化量一般在纳米量级，制作难度较大，因此，本论文对球面波曝光系统下的平面变栅距全息光栅设计方法与制作技术做了一系列深入的研究。第一，通过对平面变栅距光栅的聚焦性能与刻槽函数的关系的分析，以及平面变栅距光栅的像差原理，提出了基于像差系数法的平面变栅距光栅刻槽函数设计方法，并对平面变栅距全息光栅的光谱分辨能力进行了分析。第二，将第一代球面波曝光系统推导的刻槽分布函数表达式转换为刻槽密度函数表达式，并以

4、此建立单目标函数，提出了使用局部算法和全局算法相结合的改进的局部优化算法对球面波曝光系统下的平面变栅距全息光栅记录参数进行优化设计，分别使用常规的局部算法、遗传算法以及改进的局部算法对软X射线使用波段下的平面变栅距光栅记录参数进行了优化设计和对比分析，结果表明采用改进的局部算法设计的光栅刻槽密度符合程度，以及光谱分辨能力均高于常规算法设计的光栅，改进的局部算法更适用于球面波曝光系统下的平面变栅距光栅的记录参数设计。第三，对球面波曝光系统的记录参数误差引起的刻槽密度函数、聚焦曲线以及谱像宽度变化进行了分析

5、，确定了对平面变栅距全息光栅成像质量影响较大的误差因素，并给出记录参数误差的相应补偿方法。第四，将球面波曝光系统记录参数的改进的局部优化算法以及误差补偿方法应用于极紫外波段光谱诊断仪器中的平面变栅距光栅的研制，并对设计结果进行刻槽密度以及光谱分辨能力分析；给出近似掠入射的曝光系统调试方法，并对制作的平面变栅距I中国科学院研究生院博士学位论文：平面变栅距全息光栅设计方法与制作技术研究光栅的刻槽密度进行测量，测量结果表明制作的平面变栅距光栅刻槽密度函数分布以及光谱分辨能力能够达到与设计结果相近的水平，理论指

6、导了平面变栅距全息光栅的研制。第五，分析了球面波曝光系统制作的平面变栅距光栅刻槽弯曲对刻槽密度以及光谱分辨能力的影响，光栅宽度越大，其光谱分辨能力越低，指出了球面波曝光系统在制作宽度较大光栅上的局限性；提出了使用柱面波曝光系统制作直刻槽的平面变栅距光栅的方法，分析并建立了柱面波曝光系统下的平面变栅距光栅刻槽函数的数学模型，设计了以柱面镜和狭缝为核心器件的柱面波曝光系统，为全息法制作直刻槽的平面变栅距光栅提供理论指导。关键词：平面变栅距全息光栅；球面波；优化设计算法；误差补偿；柱面波IIAbstractT

7、heResearchonDesignMethodsandFabricatingTechnologiesofVariedLine-SpaceHolographicPlaneGratingsJiangYan-xiu（optics）DirectedbyProf.BayanheshigAbstractVariedline-space(VLS)planegratinghastheabilityoffocusing,reducingaberrationandflatfield,whichmeansthatVLSpl

8、anegratingsarewellappliedformonochromatorofhighresolutionandgrazingincidenceinthesoftX-rayandextremeultraviolet(EUV)region.However,adjacentgratinglatticespacingisatthenanoscale,thefabricationofVLSplanegratingisextremelydif