用于X射线波段等离子体诊断的新型自支撑透射光栅

作为X射线波段一种重要色散元件，自支撑金透射光栅已被广泛应用激光惯性约束聚变等离子体诊断、X射线激光实验诊断和天文物理等领域中能谱分辨。传统工艺制作的振幅型金透射光栅的理论衍射效率约10％，其高宽比也很难高于4。为提高系统色散能力，增加谱线强度，高密度、大面积、具有高衍射效率与高高宽比的新型X射线透射光栅制备技术研究非常必要。.利用碱性溶液对单晶硅的各向异性刻蚀特性，可以制作高宽比大于100，衍射效率较传统金透射光栅高得多的自支撑透射闪耀光栅。本项目拟在掌握这种新型光栅制作的关键技术基础上，着重研究能有效抑制或消除高次谐波的光栅结构优化设计，发展和改进支撑结构的设计与制作技术，有效提高衍射效率。并以湿法腐蚀制作的硅光栅为掩模，在光栅槽里电镀沉积金，制作用于能量大于1KeV高能X射线能谱分辨的高高宽比金透射光栅。

作为一种新型的透射光栅，自支撑闪耀透射光栅集中了透射和反射光栅的优点，同时避免它们的缺点，在激光惯性约束核聚变(ICF)、 X射线天体物理等领域有着广泛的应用前景。根据实验条件对光栅参数进行了优化设计，重点对能有效抑制高级次衍射的光栅结构参数进行了模拟计算。计算结果显示在使用波段，仅有闪耀衍射级次在1级（对应波长λ）时，能对波长小于λ/2具有抑制高衍射级次的能力，但对于软X射线波段，要求光栅线密度至少到达5000线/mm。.首先对掩模图形与硅基片内晶向对准技术进行了研究，分析比较了两种图形对准方法——六边形与扇形对准方法的对准精度，设计、制备并改进了对准装置，最小对准误差达到0.028°。然后对制备大占宽比光刻胶光栅掩模的工艺技术进行了探索，试验并建立了大占宽比光栅掩模的制备技术方案。通过真空热蒸发倾斜镀铝使光刻胶光栅线条顶部展宽，实现了光栅掩模占宽比的增大。对各向异性湿法刻蚀的条件（如温度、浓度、时间等）、湿法刻蚀深度均匀性、湿法腐蚀过程中光栅结构的演变，支撑结构优化等具体技术细节进行了详细探索，获得了一套完整的全息湿法刻蚀制作硅透射闪耀光栅的技术方案。制作出了周期1μm、占宽比约0.13、栅线高10μm；周期500nm、占宽比0.34、栅线高5μm以及周期333nm，占宽比0.2，栅线高度5μm的透射光栅结构。在国家同步辐射实验室检测了1000线/毫米光栅在5~50nm波长范围内的衍射效率，衍射效率的实测结果与理论模拟符合。.此外，探索了以高高宽比硅光栅为掩模，在光栅槽中沉积黄金形成金光栅结构的可行性。我们以周期4μm槽深14μm的硅光栅为掩模，在线条两侧均匀沉积黄金，结果表明，这种方法可以用来制备高高宽比且侧壁陡直的金透射光栅。.