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用于太空望远镜的大口径薄膜菲涅尔衍射元件
  • ISSN号:1004-924X
  • 期刊名称:《光学精密工程》
  • 时间:0
  • 分类:O436.1[机械工程—光学工程;理学—光学;理学—物理]
  • 作者机构:[1]中国科学技术大学国家同步辐射实验室,安徽合肥230029, [2]北京空间机电研究所,北京100076
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(No.11375175)
中文摘要:

为了满足空间衍射成像系统对大口径、轻量化衍射元件的需求,设计制作了直径为400mm的聚酰亚胺(PI)薄膜菲涅尔衍射元件。通过紫外光刻、离子束刻蚀等微细加工方法在石英基底上制作衍射图形,然后将衍射图形复制到PI薄膜上得到菲涅尔衍射型薄膜元件。结合有限元法探究了薄膜复制过程中热应力的变化规律及降低热应力的方法,分析了影响薄膜衍射效率的因素及薄膜制作误差、温度变化对薄膜成像的影响,最终实现了大面积薄膜与基底的分离,并通过局部氧气等离子体轰击提高了薄膜衍射效率的均匀性。经测试,薄膜菲涅尔衍射元件的厚度约为20μm,在波长633nm处的实际衍射效率平均值为33.14%,达到了理论效率的81.83%,衍射效率的均方根值RMS=0.01。实验结果表明,通过紫外光刻、离子束刻蚀和薄膜复制的方法可以得到大口径、高衍射效率的薄膜菲涅尔衍射元件。

英文摘要:

In order to meet requirements of large diameter and light-weighting diffraction elements for space diffraction imaging system,the polyimide(PI)membrane Fresnel diffraction elements with the diameter of 400 mm were designed and manufactured.With ultraviolet lithography,ion beam etching and other microfabrication methods,diffraction patterns on quartz substrate were made and then reproduced onto PI membrane,thereby obtaining the Fresnel diffraction type membrane elements.The change rule of thermal stress during the membrane reproduction process and the methods for reducing thermal stress were researched by Finite Element Method(FEM).The influence factors of the membrane diffraction efficiency,and impact of membrane production error and temperature change on membrane imaging were analysed.Finally,the separation of large-diameter membrane and substrate was realized,and the uniformity of membrane diffraction efficiency was improved by local oxygen plasma bombardment.By testing,the thickness of membrane Fresnel diffraction element is 20μm,and the average value of actual diffraction efficiency is 33.14% when wavelength is 633 nm,reaching 81.83% of the theoretical efficiency,and Root Mean Square(RMS)of diffraction efficiency is 0.01.The experimental results show that large diameter and high diffraction efficiency membrane Fresnel diffraction elements can be manufactured by ultraviolet lithography,ion beam etching and membrane reproduction.

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期刊信息
  • 《光学精密工程》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 中国仪器仪表学会
  • 主编:曹健林
  • 地址:长春市东南湖大路3888号
  • 邮编:130033
  • 邮箱:gxjmgc@sina.com;gxjmgc@ciomp.ac.cn
  • 电话:0431-86176855 84613409传
  • 国际标准刊号:ISSN:1004-924X
  • 国内统一刊号:ISSN:22-1198/TH
  • 邮发代号:12-166
  • 获奖情况:
  • 三次获得“百种中国杰出学术期刊”,2006年获得中国科协择优支持基金,2007年获“吉林省新闻出版精品期刊奖”,2008年获“中国精品科技期刊”,2012年《光学精密工程》看在的3篇论文获得中国百...,第三届中国出版政府奖提名奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版)
  • 被引量:22699