300 mm-Travel Stage of Grating Ruling Engine and Its Self-Adaptive Control Method

Design of a Varied-Line-Space Plane Grating in EUV Spectrum

“…。自由电子激光作为第四代同步辐射光源， 兼有辐射频率可调、 不受电子 跃迁能级的限制以及没有介质的热效应问题等诸多优点， 具有极大的应用价值， 目前全世界至少有 50 台自由 电子激光器在运行当中 [6][7] 。中国科学院大连化学物理研究所和中国科学院上海应用物理研究所合作的极紫 外相干光源将是世界上第一台工作在 50~150 nm 极紫外波段且波长可调的自由电子激光器 [8] 。由于要对传输 到实验站的光源的光谱进行诊断， 所以需要一个高分辨率的在线光谱仪， 考虑到保持较高的能量传输特性和 后续光束线传播， 选择平面变栅距光栅作为此光谱仪的核心元件较为合理 [9][10] 。 变栅距(VLS)光栅主要具有以下几个主要特点 [11][12][13][14] ： 自聚焦， 像差校正能力和平焦场， 可以减少光学系统 中 的 光 学 元 件 ， 减 少 杂 散 光 ， 提 高 衍 射 效 率 及 分 辨 率 。 平 面 变 栅 距 光 栅 的 上 述 优 势 只 有 根 据 光 谱 仪 器 的 使 用要求， 严格设计光栅刻线密度函数才能得以实现。众所周知， 根据刻槽的变化进行分类， 变栅距光栅可分 为 3 种 类 型 的 光 栅 [11] ， 直 平 行 刻 槽 的 非 等 栅 距 光 栅 ， 弯 曲 刻 槽 的 非 等 栅 距 光 栅 和 扇 形 刻 槽 的 非 等 栅 距 光 栅 ， 这几种光栅都同时具有色散和聚焦成像功能， 用于自由电子激光器光谱在线诊断的光栅要求在进行光谱诊 断 时 不 能 影 响 实 验 站 的 正 常 用 光 ， 因 此 采 用 一 块 平 面 变 间 距 光 栅 进 行 分 光 ， 构 成 了 一 个 近 似 平 场 的 光 谱 诊 断系统， 可以达到很高的光谱分辨率。 变 栅 距 光 栅 的 制 作 方 法 分 为 两 种 ， 机 械 刻 划 与 全 息 曝 光 [15][16] 。 与 刻 划 光 栅 相 比 ， 全 息 光 栅 制 作 简 单 ， 便 于改变刻线形状， 可制作的基底类型更加丰富， 且具有无鬼线， 杂散光低等优点。现今变栅距全息光栅的制 作主要有两种方法， 一种方法是使用球面波干涉曝光， 使得基底表面不同的点以不同的干涉角度曝光， 形成 变栅距光栅， 通过合理的选择记录参数可以消除特定阶次像差 [17] 。另一种方法是使用非球面波干涉曝光， 进 一 步 增 加 了 记 录 光 路 的 自 由 度 ， 理 论 计 算 可 设 计 出 与 期 望 刻 线 密 度 函 数 完 全 符 合 的 变 栅 距 全 息 光 栅 ， 消 除 高阶像差 [18] 。但在实际制作过程中， 由于其制作光路较为复杂且引入了辅助镜， 为满足设计要求， 对辅助镜 的 加 工 以 及 记 录 参 数 的 调 试 都 有 较 高 的 要 求 ， 工 艺 上 不 易 实 现 ， 往 往 导 致 制 作 的 变 栅 距 全 息 光 栅 的 刻 线 密…”