新型耐辐照溶胶-凝胶复制闪耀光栅的制作研究

在真空紫外和软X射线波段，高质量的闪耀光栅是同步辐射光束线中的核心光学元件，而常规方法难以制作出具有超低粗糙度的闪耀面、极小闪耀角和高衍射效率的闪耀光栅。本项目结合全息曝光和单晶硅湿法刻蚀技术，通过调节光栅线密度的高低和单晶硅切偏角的大小，制作高质量原刻闪耀光栅以满足上述波段的要求。原刻闪耀光栅顶端尚存的不理想区域会一定程度上影响光栅在掠入射条件下的衍射效率，通过研究溶胶-凝胶压印复制的方法将母光栅相对理想的槽形底部反转为复制光栅的槽形顶部，使光栅在掠入射工作条件下具有高的槽型衍射效率。在凝胶薄膜的干燥和烧结过程中，光栅图形复制层发生致密化和无机化，使新型复制闪耀光栅的耐辐照能力接近于原刻光栅。不仅解决同步辐射光束线严苛的工作环境下，传统的环氧树脂类复制光栅耐辐照使用寿命严重缩短的实际问题，而且有效降低同步辐射光栅的制作成本，从而提升我国同步辐射相关衍射光学元件的自主加工能力。

在真空紫外和软 X 射线波段，高质量的闪耀光栅是同步辐射光束线中的核心元件，而常规制作方法难以做出具有超低表面粗糙度的闪耀面、小闪耀角和高槽形效率的闪耀光栅。本项目结合全息曝光和单晶硅湿法刻蚀技术，通过调节光栅线密度的高低和单晶硅切偏角的大小，制作真空紫外和软 X 射线波段的高质量原刻闪耀光栅以满足上述要求。原刻闪耀光栅顶端尚存的不理想区域会影响光栅在掠入射条件下的衍射效率，通过溶胶-凝胶压印复制的方法将母光栅相对理想的槽形底部反转为复制光栅的槽形顶部，使光栅在掠入射工作条件下获得高的衍射效率。在干燥和烧结过程中，具有光栅槽形的凝胶薄膜在其厚度方向上发生收缩，在保持光栅高槽形效率的基础上减小其闪耀角。而光栅图形复制层的致密化和无机化能进一步使复制闪耀光栅的耐辐照能力接近于原刻光栅，解决传统的环氧树脂类复制光栅在同步辐射光束线严苛的工作环境下的寿命问题，从而提升我国同步辐射装置的光束线光学技术水平。对于溶胶-凝胶复制材料体系实际对于大面积的图形转移存在很大的困难，复制成功率极低，考虑引入聚酰亚胺材料作为光栅图形复制层。