專利名稱：一種測(cè)試透射光柵絕對(duì)衍射效率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衍射光學(xué)元件測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種測(cè)試透射光柵絕對(duì)衍射效率的方法。
背景技術(shù)：
光柵也稱衍射光柵，是利用多縫衍射原理使光發(fā)生色散(分解為光譜)的光學(xué)元件。廣義地說，具有周期性的空間結(jié)構(gòu)或光學(xué)性能(如透射率、折射率)的衍射屏，統(tǒng)稱為光柵。根據(jù)不同的情況光柵可以分為:透射光柵、反射光柵；平面光柵、凹面光柵、黑白光柵或正弦光柵，或者一維光柵、二維光柵或三維光柵等。透射光柵是光柵的一種，光線可以透過并在透射后衍射形成圖樣，是較為常見的光柵類型。透射光柵通常是在透明基體(如玻璃、聚酯片基等)上刻鍍阻光細(xì)線形成的，也可用光波干涉圖對(duì)鹵化銀感光片曝光制成。利用透射光柵可進(jìn)行衍射光譜分析，多數(shù)全息照片屬透射光柵圖。透射光柵在軟X光能譜測(cè)試中作為一種重要的色散元件得到了廣泛應(yīng)用，但要用透射光柵進(jìn)行軟X光能譜的定量測(cè)試，必須研究其對(duì)X光的各級(jí)絕對(duì)衍射效率，為此國外已有多家實(shí)驗(yàn)室對(duì)透射光柵進(jìn)行過一系列的實(shí)驗(yàn)標(biāo)定，并發(fā)展了計(jì)算透射光柵衍射效率的矩形柵線模型和梯形柵線模型。透射光柵在某一級(jí)次上的絕對(duì)衍射效率，是指衍射到該級(jí)次衍射峰的光強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度之比。為了測(cè)試光柵的絕對(duì)衍射效率，需要精確測(cè)試入射到光柵上的單色光強(qiáng)度和各個(gè)衍射峰的強(qiáng)度。在極紫外光或者軟X射線光波段，光學(xué)實(shí)驗(yàn)需要在真空的條件下進(jìn)行，無法方便的進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)操作
發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種測(cè)試透射光柵絕對(duì)衍射效率的方法，以精確地測(cè)試透射光柵的絕對(duì)衍射效率。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種測(cè)試透射光柵絕對(duì)衍射效率的方法，該方法通過切換透射光柵和鏤空窗口測(cè)試衍射光強(qiáng)和入射光強(qiáng)，并計(jì)算衍射光強(qiáng)與入射光強(qiáng)度之比得透射光柵的絕對(duì)衍射效率，該方法具體包括以下步驟:步驟1:在于支撐結(jié)構(gòu)上制作透射光柵的同時(shí)，在該支撐結(jié)構(gòu)上制作用于測(cè)試入射光強(qiáng)的鏤空窗口 ；該鏤空窗口與透射光柵的形狀和面積相同，并平行安裝在支撐結(jié)構(gòu)上；步驟2:在測(cè)試透射光柵的衍射光強(qiáng)時(shí)，將光源入射到透射光柵上，用探測(cè)器在衍射光場(chǎng)中掃描即可得到衍射光強(qiáng)；步驟3:在測(cè)試透射光柵的入射光強(qiáng)時(shí)，將鏤空窗口平移到剛才透射光柵的位置，用探測(cè)器掃描即可得到透射光柵的入射光強(qiáng)；步驟4:計(jì)算衍射光強(qiáng)與入射光強(qiáng)度之比，得透射光柵的絕對(duì)衍射效率。上述方案中，步驟I中所述鏤空窗口與所述透射光柵沿著平行于z軸的方向平行安裝在支撐結(jié)構(gòu)上，當(dāng)入射光斑位置和強(qiáng)度不變，將支撐結(jié)構(gòu)沿著z軸方向平移相同的距離，以使鏤空窗口和透射光柵之間的切換，使得二者所接受的入射光強(qiáng)度相同。透射光柵和鏤空窗口的形狀和面積相同，當(dāng)入射光斑位置和強(qiáng)度不變時(shí)，將透射光柵和鏤空窗口切換到同一位置時(shí)，入射光的面積和強(qiáng)度相同。上述方案中，步驟I中所述透射光柵和所述鏤空窗口制作在同一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)上，是通過相同的集成電路工藝流程和方法制作的，具有相同的精度和誤差。該集成電路工藝流程和方法制作是通過電子束光刻、光學(xué)光刻以及電鍍技術(shù)進(jìn)行的。上述方案中，所述透射光柵和所述鏤空窗口的大小為500umX500um到
1.5mmX 1.5mm之間。所述透射光柵和所述鏤空窗口之間的距離為5mm到15mm之間。上述方案中，由于鏤空窗口和透射光柵的形狀和面積相同，在光源未發(fā)生變化的情況下，透過鏤空窗口的光與先前透射光柵的入射光相同。(三)有益效果與現(xiàn)有測(cè)試方法相比，本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果有:1、本發(fā)明提供的測(cè)試透射光柵絕對(duì)衍射效率的方法，在測(cè)試入射光強(qiáng)時(shí)，只需控制樣品支架移動(dòng)一小段距離即可，無需手動(dòng)更換或移動(dòng)裝置，操作和控制簡(jiǎn)單、方便，特別是在真空環(huán)境下進(jìn)行的極紫外或者X射線衍射實(shí)驗(yàn)中。2、由于光源·強(qiáng)度會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化，需在短時(shí)間內(nèi)完成入射光強(qiáng)的測(cè)試。本發(fā)明提供的測(cè)試透射光柵絕對(duì)衍射效率的方法，只需切換窗口即可測(cè)試入射光強(qiáng)，鏤空窗口與透射光柵距離較近，切換方便、時(shí)間短，測(cè)試得到的光強(qiáng)同時(shí)性比較好。3、本發(fā)明提供的測(cè)試透射光柵絕對(duì)衍射效率的方法，由于窗口和光柵在同一支撐結(jié)構(gòu)上，制造過程和方法相同，可以保證窗口和光柵的形狀面積相同，準(zhǔn)確保證測(cè)試得到入射光強(qiáng)。


圖1為本發(fā)明提供的測(cè)試透射光柵絕對(duì)衍射效率的方法流程2為依照本發(fā)明實(shí)施例的光柵測(cè)試裝置光路示意圖，測(cè)試是在合肥的國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室光譜輻射標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)量實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行的；圖3為依照本發(fā)明實(shí)施例的光柵上入射光強(qiáng)的測(cè)試方法的原理圖；圖4為依照本發(fā)明實(shí)施例制作的光柵樣品的照片；圖5為依照本發(fā)明實(shí)施例的波長(zhǎng)為5nm時(shí)衍射峰的角度分布(左圖)和10000線/毫米極紫外透射光柵的衍射峰的角度分布(右圖)；圖6為依照本發(fā)明實(shí)施例的鏤空X射線透射光柵的絕對(duì)衍射效率。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
測(cè)試透射光柵的絕對(duì)衍射效率需要測(cè)試衍射峰的光強(qiáng)度和入射光強(qiáng)度，為了保證測(cè)試的精確度和同時(shí)性，本發(fā)明提供了一種簡(jiǎn)單方便又高精確度的測(cè)試方案。如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的測(cè)試透射光柵絕對(duì)衍射效率的方法流程圖，該方法通過切換透射光柵和鏤空窗口測(cè)試衍射光強(qiáng)和入射光強(qiáng)，并計(jì)算衍射光強(qiáng)與入射光強(qiáng)度之比得透射光柵的絕對(duì)衍射效率，具體包括以下步驟:步驟1:在于支撐結(jié)構(gòu)上制作透射光柵的同時(shí)，在該支撐結(jié)構(gòu)上制作用于測(cè)試入射光強(qiáng)的鏤空窗口 ；該鏤空窗口與透射光柵的形狀和大小相同，并平行安裝在支撐結(jié)構(gòu)上；步驟2:在測(cè)試透射光柵的衍射光強(qiáng)時(shí)，將光源入射到透射光柵上，用探測(cè)器在衍射光場(chǎng)中掃描即可得到衍射光強(qiáng)；步驟3:在測(cè)試透射光柵的入射光強(qiáng)時(shí)，將鏤空窗口平移到剛才透射光柵的位置，由于鏤空窗口和透射光柵的形狀大小相同，在光源未發(fā)生變化的情況下，透過鏤空窗口的光與先前透射光柵的入射光相同，用探測(cè)器掃描即可得到透射光柵的入射光強(qiáng)；步驟4:計(jì)算衍射光強(qiáng)與入射光強(qiáng)度之比，得透射光柵的絕對(duì)衍射效率。其中，步驟I中所述鏤空窗口與所述透射光柵沿著平行于z軸的方向平行安裝在支撐結(jié)構(gòu)(即樣品架)上，并精確測(cè)試它們之間的距離；當(dāng)入射光斑位置和強(qiáng)度不變，只要將樣品架沿著z軸方向平移相同的距離，就可以進(jìn)行鏤空窗口和透射光柵之間的切換，使得二者所接受的入射光強(qiáng)度相同。透射光柵和鏤空窗口制作在同一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)上，是通過相同的集成電路工藝流程和方法制作的，具有相同的精度和誤差。該集成電路工藝流程和方法制作是通過電子束光刻、光學(xué)光刻以及電鍍技術(shù)進(jìn)行的。透射光柵和鏤空窗口的形狀和面積相同，當(dāng)入射光斑位置和強(qiáng)度不變時(shí)，將透射光柵和鏤空窗口切換到同一位置時(shí)，入射光的面積和強(qiáng)度相同。優(yōu)選 地，透射光柵和鏤空窗口的大小為500umX 500um到1.5mmX 1.5mm之間。透射光柵與鏤空窗口之間的距離為5mm到15_之間。為了對(duì)本發(fā)明提出的測(cè)試透射光柵絕對(duì)衍射效率的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)中制作了鏤空X射線透射光柵和極紫外透射光柵。其中鏤空X射線透射光柵的柵線材料為金，柵線厚度200nm,此光柵采用自力支撐結(jié)構(gòu),沒有薄膜材料進(jìn)行支撐,光柵周期為300nm,線寬/周期比為0.5±0.05，側(cè)壁底角為90° ±5°，擋光材料為金，擋光層厚度為2 μ m，光柵面積為500μπιΧ500μπι。極紫外透射光柵的柵線材料為鉻，柵線厚度為50nm，支撐的薄膜材料為氮化硅，薄膜厚度為lOOnm，光柵周期為lOOnm，線寬/周期比為0.5±0.05，側(cè)壁底角為90° ±5° ,擋光材料為鉻+金,金擋光層厚度為140nm,光柵面積為1.5mmX 1.5mm。制作所得的實(shí)物圖照片如圖4所示。鏤空X射線透射光柵制作工藝流程為:襯底制備、電子束光刻、電鍍光柵線條、光學(xué)套刻、電鍍擋光層、腐蝕鏤空。透射式極紫外光柵的制作工藝流程為:襯底制備、電子束光亥IJ、蒸發(fā)剝離光柵線條、光學(xué)套刻、蒸發(fā)剝離擋光層、背面套刻、腐蝕開窗。光柵的衍射測(cè)試在位于合肥的國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室光譜輻射標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)量實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行。測(cè)試光路示意圖如圖2所示,從同步福射儲(chǔ)存環(huán)的彎鐵(Bend Magnet)發(fā)射出的X射線通過前置超環(huán)面鏡、球面光柵單色器(SGM)和后置超環(huán)面鏡，得到單色同步輻射光，再經(jīng)過狹縫和濾片對(duì)光斑面積加以限制，并濾去雜散光和高次諧波，最后經(jīng)過光柵衍射，由掃描硅光電二極管探測(cè)各級(jí)衍射光信號(hào)。圖3為測(cè)試方法的原理示意圖。對(duì)于測(cè)試波段的選擇，鏤空的X射線透射光柵適用的波段范圍很寬，由于沒有襯底薄膜的吸收作用，原則上對(duì)于波長(zhǎng)小于其周期的所有正入射光都有衍射作用，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中采用的是從5.5nm到38nm的波長(zhǎng)；對(duì)于極紫外透射光柵，由于其只用于13.5nm波長(zhǎng)，因此，其測(cè)試也只在13.5nm波長(zhǎng)進(jìn)行。測(cè)試的結(jié)果如圖5所示。根據(jù)所測(cè)的衍射曲線和參照窗口的光強(qiáng)數(shù)值，計(jì)算出光柵在5.5nm至38nm范圍內(nèi)的絕對(duì)衍射效率曲線，如圖6所示?？梢钥闯?，光柵的一級(jí)衍射效率與理論值符合較好。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)?！?br> 權(quán)利要求
1.一種測(cè)試透射光柵絕對(duì)衍射效率的方法，該方法通過切換透射光柵和鏤空窗口測(cè)試衍射光強(qiáng)和入射光強(qiáng)，并計(jì)算衍射光強(qiáng)與入射光強(qiáng)度之比得透射光柵的絕對(duì)衍射效率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試透射光柵絕對(duì)衍射效率的方法，該方法具體包括以下步驟: 步驟1:在于支撐結(jié)構(gòu)上制作透射光柵的同時(shí)，在該支撐結(jié)構(gòu)上制作用于測(cè)試入射光強(qiáng)的鏤空窗口 ；該鏤空窗口與透射光柵的形狀和面積相同，并平行安裝在支撐結(jié)構(gòu)上； 步驟2:在測(cè)試透射光柵的衍射光強(qiáng)時(shí)，將光源入射到透射光柵上，用探測(cè)器在衍射光場(chǎng)中掃描即可得到衍射光強(qiáng)； 步驟3:在測(cè)試透射光柵的入射光強(qiáng)時(shí)，將鏤空窗口平移到剛才透射光柵的位置，用探測(cè)器掃描即可得到透射光柵的入射光強(qiáng)； 步驟4:計(jì)算衍射光強(qiáng)與入射光強(qiáng)度之比，得透射光柵的絕對(duì)衍射效率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)試透射光柵絕對(duì)衍射效率的方法，步驟I中所述鏤空窗口與所述透射光柵沿著平行于z軸的方向平行安裝在支撐結(jié)構(gòu)上，當(dāng)入射光斑位置和強(qiáng)度不變，將支撐結(jié)構(gòu)沿著z軸方向平移相同的距離，以使鏤空窗口和透射光柵之間的切換，使得二者所接受的入射光強(qiáng)度相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測(cè)試透射光柵絕對(duì)衍射效率的方法，透射光柵和鏤空窗口的形狀和面積相同，當(dāng)入射光斑位置和強(qiáng)度不變時(shí)，將透射光柵和鏤空窗口切換到同一位置時(shí)，入射光的面積和強(qiáng)度相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)試透射光柵絕對(duì)衍射效率的方法，步驟I中所述透射光柵和所述鏤空窗口制作在 同一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)上，是通過相同的集成電路工藝流程和方法制作的，具有相同的精度和誤差。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)試透射光柵絕對(duì)衍射效率的方法，該集成電路工藝流程和方法制作是通過電子束光刻、光學(xué)光刻以及電鍍技術(shù)進(jìn)行的。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)試透射光柵絕對(duì)衍射效率的方法，所述透射光柵和所述鏤空窗口的大小為500umX500um到1.5mmXl.5mm之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)試透射光柵絕對(duì)衍射效率的方法，所述透射光柵和所述鏤空窗口之間的距離為5mm到15mm之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)試透射光柵絕對(duì)衍射效率的方法，由于鏤空窗口和透射光柵的形狀和面積相同，在光源未發(fā)生變化的情況下，透過鏤空窗口的光與先前透射光柵的入射光相同。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測(cè)試透射光柵絕對(duì)衍射效率的方法，該方法通過切換透射光柵和鏤空窗口測(cè)試衍射光強(qiáng)和入射光強(qiáng)，并計(jì)算衍射光強(qiáng)與入射光強(qiáng)度之比得透射光柵的絕對(duì)衍射效率。相對(duì)于現(xiàn)有測(cè)試方法，本發(fā)明在測(cè)試時(shí)操作和控制簡(jiǎn)單、方便，特別是在極紫外或者X射線衍射實(shí)驗(yàn)中，需要在真空的環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行較復(fù)雜的操作比較困難；本發(fā)明測(cè)試得到的光強(qiáng)同時(shí)性比較好，由于同步輻射裝置提供的光源強(qiáng)度會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化，絕對(duì)衍射效率需要測(cè)試同一時(shí)刻的光強(qiáng)比值，本發(fā)明中窗口與光柵距離近，切換方便，使得切換前后的光強(qiáng)盡量接近相同；由于窗口和光柵在同一支撐結(jié)構(gòu)上，制造過程和方法相同，可以保證窗口和光柵的面積大小相同，準(zhǔn)確測(cè)得入射光強(qiáng)。
文檔編號(hào)G01M11/02GK103245487SQ20121002628
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2012年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月7日
發(fā)明者謝常青, 洪梅華, 朱效立, 李冬梅, 劉明 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院微電子研究所