寬帶脈沖壓縮光柵的制作與刻蝕特性研究.pdf

1、大口徑脈沖壓縮光柵(PCG)是大型脈沖壓縮系統(tǒng)中的核心元件之一，現(xiàn)有PCG包括:鍍金光柵，多層介質(zhì)膜光柵和金屬介質(zhì)膜光柵。
　　課題的主要目的是制作寬帶脈沖壓縮光柵和提高現(xiàn)有多層介質(zhì)膜光柵的衍射效率。論文內(nèi)容包括:
　　1.寬帶正弦形鍍金脈沖壓縮光柵的制作。鍍金光柵具有制作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在較大的帶寬范圍內(nèi)能實(shí)現(xiàn)較高的衍射效率，因而在超短超強(qiáng)激光脈沖壓縮系統(tǒng)中得到了重視。為了滿足強(qiáng)激光系統(tǒng)的需求，我們采用“梯形光柵-涂

2、膠-離子束濺射鍍膜”(TGCD)和“全息光刻-離子束濺射鍍膜”(HLD)等兩種方法，分別制作了線密度為1740線/mm，槽深為210nm左右的寬帶鍍金正弦光柵。測(cè)得其TM偏振、自準(zhǔn)直入射，-1級(jí)平均衍射效率在750-850 nm范圍大于87％，最高可達(dá)90％。實(shí)驗(yàn)已證明:通過TGCD和HLD方法比較容易控制光柵槽深，去除光刻膠后基底可繼續(xù)使用。該光柵的衍射效率和帶寬能滿足國內(nèi)一般寬帶鍍金脈沖壓縮光柵的使用要求。上述兩種方法考慮到了大尺寸

3、鍍金光柵對(duì)糟深均勻性的要求，因此對(duì)以后制作大尺寸鍍金光柵有很好的參考價(jià)值。
　　2.寬帶正弦頂鍍金光柵制作工藝研究。主要研究了使用于高功率脈沖壓縮系統(tǒng)的正弦頂高衍射效率寬帶鍍金光柵的制作工藝。這種光柵和普通的鍍金脈沖壓縮光柵不同，它是在刻蝕成正弦頂形狀的石英基底上直接鍍金來制作的，而普通鍍金光柵都有一層光刻膠層。制作中通過控制膠厚、曝光-顯影以及氧氣刻蝕等過程來優(yōu)化光刻膠光柵掩模的槽深和占寬比。利用以上方法成功制作出了線密度為17

4、40線/mm的高衍射效率、正弦頂、寬帶鍍金光柵。入射角為53。、TM偏振，-1級(jí)平均衍射效率在750-850 nm范圍為89.2％，最高值為90％。
　　3.寬帶金屬介質(zhì)膜光柵刻蝕工藝研究。金屬介質(zhì)膜脈沖壓縮光柵是最近制作出來的一種新型光柵。金屬介質(zhì)膜光柵制作難度高，現(xiàn)在還處于實(shí)驗(yàn)室探索階段，所以對(duì)其制備和刻蝕技術(shù)的探索與研究很有必要。
　　金屬介質(zhì)膜光柵刻蝕工藝主要包括:①光刻膠光柵掩模的定性判斷與進(jìn)一步調(diào)整，②離子束刻蝕

5、中的圖形轉(zhuǎn)移。為了降低光刻膠掩模的加工難度我們選用CHF3作為工作氣體。通過大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)得出金屬介質(zhì)膜光柵刻蝕工藝要求為:光刻膠光柵掩模高度＞260 nm，占寬比＞0.15。刻蝕后的MMDG槽深約為300 nm，占寬比為0.3-0.4。
　　4.提高多層介質(zhì)膜光柵衍射效率的實(shí)驗(yàn)研究。本文給出了無阻刻層時(shí)SiO2頂層PCG的衍射效率分析。衍射效率是多層介質(zhì)膜PCG應(yīng)用中的非常關(guān)鍵的參數(shù)，優(yōu)化光柵槽形參數(shù)（槽深和占寬比）可以獲得

6、更高的衍射效率。在優(yōu)化光柵槽深和占寬比時(shí)，我們采用灰化和氧氣刻蝕的方法減少了光刻膠光柵掩模的占寬比，采用壓溶膠的方法增大了光刻膠光柵掩模的占寬比。通過以上兩種方法的有效結(jié)合，得到了最佳的光刻膠光柵掩模。SiO2頂層厚度為431nm時(shí)，較好的占寬比范圍為0.35-0.5，最佳槽深范圍為260-460 nm。光刻膠光柵掩模槽底不干凈，側(cè)壁不陡直，占寬比過小或過大等因素最終會(huì)導(dǎo)致多層介質(zhì)膜光柵衍射效率的降低，解決這些問題是提高衍射效率的關(guān)鍵。