[发明专利]软X射线双频光栅及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及衍射光学、全息光刻、软X射线剪切干涉等科学领域，具体涉及是一种软X射线双频光栅及其制作方法，其为工作于短波段(软X射线波段)的剪切干涉元件-软X射线双频全息光栅，可用于激光等离子体密度诊断、X射线剪切干涉系统等。

背景技术

现有技术1：(参见文献Jorge Filevich，Jorge J.Rocca，Mario C.Marconi，et al.“picosecond-resolution soft-x-ray laser plasma interferometry”.Applied Optics，Vol.43，3938-3946，2004)采用马赫-曾德尔(M-Z)干涉系统进行等离子体诊断。该方法的工作原理简单，结果处理也比较方便。在干涉法诊断中，探针激光经光栅分束后，一束作为物光，穿过待测等离子体后，与作为参考光的另一束激光干涉形成干涉条纹，由于物光受到待测等离子体的扰动，光程发生变化，引起干涉条纹的移动，根据条纹的移动数，推算光程的改变，进而根据公式可以得到等离子体电子密度的分布。该方法的缺点是：1、利用光栅进行分束合束元件，物光和参考光经过不同路径，光路调节困难，由于X射线的相干长度只有200um，等光程调节困难，2、光路中元器件较多，较为复杂，元器件的面型对干涉条纹带来干扰。

现有技术2：(参见J.C.Wyant.“double Frequency Grating Lateral shear interferometer”Applied Optics，Vol12，2057-2060，1973)采用双频光栅作为剪切光学元件，制作剪切干涉系统，在可见光波段测试物体的波面变化等。该方法的特点是：工作波段是可见光波段，双频光栅直接利用同一次曝光，转动不同的角度，得到两组光栅的浮雕结构，利用光栅的两组-1级干涉条纹形成剪切干涉条纹，通过被测物体对干涉条纹带来的扰动的测试结果，利用公式计算被测物的特性。其特点是：为了得到好的双频光栅结构，主要是利用光刻胶形成双频光栅图形，但光栅槽型深度不易控制。该方法不适于制作短波段尤其是X射线波段的双频光栅。

现有技术3：(参见：付绍军，洪义麟，陶晓明等。“离子束刻蚀双频光栅的实验研究”量子电子学，9(2)，186-190，1992.)采用一次全息曝光，得到双频光栅掩模，再利用离子束刻蚀的方法制作双频光栅。该方法的特点是利用两次全息曝光法制作光刻胶掩模。其控制精度低，通过离子束刻蚀的方法控制双频光栅的质量，其应用范围为可见光波段。该方法的缺点是：双频光栅中两组光栅的衍射效率无法在过程中保证一致性；该方法制作双频光栅时，由于是通过全息曝光，直接得到双频光栅光刻胶掩模，掩模的精度受限于光刻胶的曝光量，在制作槽深较浅的双频光栅时，理想光刻胶槽型无法转移到石英基底上。因此该方法无法制作运用于软X射线波段的双频光栅。

现有技术4：(参见：Jean-Francois Lepage and Nathalie McCarthy，“Analysis of the diffractional properties of dual-period apodizing gratings：theoretical and experimental results”.Applied Optics，Vol43，3504-3512，2004.)采用两次全息曝光法制作光刻胶双频光栅。由于槽深、占空比受到光刻胶与曝光量线性关系的限制，在宽容度较大的可见光波段，该方法制作的双频光栅能够产生得到两束光强近视相等-1级衍射光。但该方法不能制作槽深较浅、工作在X射线波段的双频光栅。

发明内容

本发明的目的是：目前采用M-Z干涉系统进行等离子体密度的诊断，其数据处理简单，但系统复杂。剪切干涉法能简化等离子体密度诊断系统，剪切干涉法中对剪切分束元件的要求是：1、分出的两束激光等光程、等强度；2、两束光的夹角很小。由于缺少工作于软X射线波段的剪切干涉元件，限制了剪切干涉法在等离子诊断系统中的应用。为了解决现有技术的不足之处，本发明提出一种用于X射线剪切光学系统的双频光栅结构及制备方法，该双频光栅能作为软X射线波段的剪切干涉元件。

本发明的技术解决方案如下：

一种软X射线双频光栅，包括光栅基片，所述光栅基片一侧面为光面，另一侧面上有工作光栅，其特征在于：

所述工作光栅为两组矩形槽光栅刻蚀在同一块基底组成，且两组光栅的栅线相互平行，两组光栅在空间上相互叠加；

所述工作光栅中的两组光栅的槽深与占空比相同。