一項(xiàng)具有國際先進(jìn)水平的高端全息光柵制造技術(shù)

為了研發(fā)出高端光譜儀器的核心部件—高端全息光柵，建立集全息光柵設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)于一體的開發(fā)平臺(tái)，發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、具有國際先進(jìn)水平的高端全息光柵制造技術(shù)，同時(shí)針對(duì)光譜分析市場(chǎng)中對(duì)光柵的特殊需求，開發(fā)低雜散光、特種面型等光柵，推動(dòng)我國光柵制造領(lǐng)域應(yīng)用基礎(chǔ)研究及成果產(chǎn)業(yè)化，中科院長(zhǎng)春光機(jī)所作為國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項(xiàng)“高端全息光柵研發(fā)”項(xiàng)目的牽頭單位，負(fù)責(zé)光柵制造裝備及高端光柵產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化任務(wù)。在研發(fā)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人齊向東帶領(lǐng)下，核心技術(shù)骨干譚鑫等團(tuán)體成員經(jīng)過不斷實(shí)驗(yàn)、研發(fā)，取得一系列成果。

第一，建立集全息光柵設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)于一體的開發(fā)平臺(tái)，深入研究并解決高端全息光柵制造工藝技術(shù)及裝備的共性、基礎(chǔ)性問題，發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、具有國際先進(jìn)水平的高端全息光柵制造技術(shù)，增強(qiáng)高端全息光柵自主研發(fā)和創(chuàng)新能力，達(dá)到國際先進(jìn)水平，替代進(jìn)口，同時(shí)滿足我國光譜分析儀器自主創(chuàng)新對(duì)新型全息光柵的需求。

第二，項(xiàng)目組以該平臺(tái)為基礎(chǔ)，針對(duì)光譜分析市場(chǎng)中急需的紫外分光光度計(jì)、ICP光譜儀、火花光譜儀、成像光譜儀、X光光譜儀等對(duì)光柵的特殊需求，開發(fā)低雜散光光柵、高分辨本領(lǐng)光柵、特種面型光柵、體全息光柵等11種光柵，同時(shí)在5家光譜分析儀器企業(yè)和1家高校中進(jìn)行應(yīng)用示范及產(chǎn)業(yè)化推廣，推動(dòng)我國光柵制造領(lǐng)域應(yīng)用基礎(chǔ)研究研究及產(chǎn)業(yè)級(jí)研究成果的涌現(xiàn)，完善我國光譜分析儀器產(chǎn)業(yè)鏈，引領(lǐng)和拉動(dòng)整個(gè)光譜分析儀器行業(yè)向縱深發(fā)展，并輻射帶動(dòng)光譜分析技術(shù)向更多應(yīng)用領(lǐng)域拓展，進(jìn)一步增強(qiáng)我國對(duì)外經(jīng)濟(jì)交往中的主動(dòng)權(quán)。

項(xiàng)目總體運(yùn)行情況如圖1所示，21項(xiàng)任務(wù)中，已經(jīng)完成的有16項(xiàng)，其余各項(xiàng)符合任務(wù)書要求。

從單元技術(shù)突破情況來看，某些方面已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平。

1.曲面全息光柵離子束刻蝕機(jī)通過擺動(dòng)刻蝕技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)曲面光柵的高閃耀角一致性，獲得高衍射效率，此項(xiàng)技術(shù)屬國際首創(chuàng)；利用該刻蝕機(jī)已完成的2400gr/mm羅蘭凹面光柵的研制，其實(shí)測(cè)衍射效率實(shí)測(cè)結(jié)果較horiba J-Y同指標(biāo)光柵高25%，達(dá)到國際領(lǐng)先水平。如圖2所示。

圖2 曲面光柵離子束刻蝕機(jī)

2.等離子體刻蝕機(jī)可實(shí)現(xiàn)口徑200mm×200mm光柵的刻蝕圖形轉(zhuǎn)移及去膠，其均勻性達(dá)到±7%，是目前國內(nèi)實(shí)驗(yàn)室級(jí)最大口徑的等離子體刻蝕機(jī)，利用其制作口徑190mm×160mm 光柵，首次使用SiC基底實(shí)現(xiàn)空間大口徑光柵制作，為我國可見近紅外成像光譜儀的開發(fā)奠定了關(guān)鍵器件基礎(chǔ)。如圖3所示。

圖3 等離子體刻蝕機(jī)

3.利用相移法和調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)干涉場(chǎng)空間分布狀態(tài)的測(cè)量及實(shí)時(shí)調(diào)整，目前條紋鎖定精度由原來的1/2條紋提高到1/30條紋，達(dá)到國際先進(jìn)水平。采用比較干涉技術(shù)實(shí)現(xiàn)光柵常數(shù)及等相位面測(cè)量及調(diào)整，目前刻線密度控制精度可達(dá)到10～5量級(jí)，達(dá)到國際領(lǐng)先水平。如圖4所示。

圖4 條紋鎖定系統(tǒng)

4.分振幅的大口徑曝光系統(tǒng)已經(jīng)完成，能夠?qū)崿F(xiàn)200mm×200mm口徑光柵的曝光制作，其單路透射波前達(dá)到PV1/10波長(zhǎng)@632.8nm，可實(shí)現(xiàn)600gr/mm～3600gr/mm光柵的調(diào)整和制作。如圖5所示。

圖5 曝光系統(tǒng)

5.2400gr/mm羅蘭光柵研制已完成，衍射效率等指標(biāo)如圖6所示，滿足任務(wù)書要求，與horiba J-Y同類光柵對(duì)比可知，其衍射效率優(yōu)于國外產(chǎn)品。

6.通過項(xiàng)目的研發(fā)，已形成通過新型光柵研發(fā)帶動(dòng)新型光譜分析儀器開發(fā)的行業(yè)創(chuàng)新新局面，依據(jù)11種新型光柵中的6種開發(fā)的6種新型光譜分析儀器指標(biāo)均達(dá)到國際先進(jìn)水平。其中，大口徑SiC基底光柵的研發(fā)引領(lǐng)了我國航天領(lǐng)域內(nèi)高精度、高分辨率CO2探測(cè)成像光譜儀的開發(fā)（非本項(xiàng)目預(yù)期成果），對(duì)氣象領(lǐng)域的進(jìn)步奠定了核心元器件開發(fā)的重要基礎(chǔ)。中科院長(zhǎng)春光機(jī)所開發(fā)的11種高端全息光柵打破國際封鎖，新建的一條光柵生產(chǎn)線通過ISO9001質(zhì)量體系認(rèn)證，能夠滿足新型高端全息光柵的復(fù)制生產(chǎn)要求，目前年產(chǎn)能超過3萬塊，滿足光譜儀器行業(yè)的需求。

“高端全息光柵研發(fā)”項(xiàng)目中，目前6家企業(yè)的光譜分析儀器已經(jīng)均完成了樣機(jī)研制，其中鋼研納克股份有限公司儀器已使用本項(xiàng)目研制的2400gr/mm羅蘭光柵正式光柵。江蘇天瑞儀器股份有限公司儀器使用本項(xiàng)目研制的3600gr/mm平面光柵實(shí)驗(yàn)片，長(zhǎng)春光機(jī)醫(yī)療股份有限公司儀器使用本項(xiàng)目研制的凸面光柵實(shí)驗(yàn)片，其余儀器也在開展相應(yīng)的光柵應(yīng)用研究工作。 “高端全息光柵研發(fā)”項(xiàng)目目前總申請(qǐng)發(fā)明專利14項(xiàng)，發(fā)表論文19篇，擁有軟件著作權(quán)7項(xiàng)。

鏈接：

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)介紹：

“高端全息光柵研發(fā)”項(xiàng)目的研發(fā)團(tuán)隊(duì)由牽頭單位中國科學(xué)院長(zhǎng)春光機(jī)所及六家應(yīng)用任務(wù)承擔(dān)單位的60余名技術(shù)人員組成。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人（項(xiàng)目負(fù)責(zé)人）齊向東：

研究員，博士研究生導(dǎo)師，國家光柵制造與應(yīng)用工程技術(shù)研究中心副主任，光柵技術(shù)中心副主任。一直從事光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與精密刻劃工藝研究工作，先后承擔(dān)和參加了國家“八五”科技攻關(guān)項(xiàng)目“光盤預(yù)制格式刻槽機(jī)”和“LKZ離子刻蝕終點(diǎn)檢驗(yàn)儀”、“九五”國家重大科學(xué)工程項(xiàng)目子課題“LAMOST透射光柵試制”、“十五”國家科技攻關(guān)重大項(xiàng)目的子課題“低雜散光平面全息光柵的研制”、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“亞微米集成電路離子刻蝕終點(diǎn)檢驗(yàn)方法研究”、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“強(qiáng)激光脈沖壓縮用高效率高破壞閾值衍射光柵的研制”、“十一五”國家科技支撐計(jì)劃重大項(xiàng)目“高分辨分光器件及接收部件（器件）的研制與開發(fā)”、科技部創(chuàng)新方法工作專項(xiàng)“基于同心光學(xué)系統(tǒng)的新型成像光譜儀技術(shù)”、國家重大科研裝備研制項(xiàng)“大型高精度衍射光柵刻劃系統(tǒng)”、國家重大科學(xué)儀器研發(fā)專項(xiàng)“高端全息光柵研發(fā)”等多項(xiàng)研究課題。發(fā)表學(xué)術(shù)論文30余篇，擁有專利12項(xiàng)，獲2012年度吉林省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

核心技術(shù)骨干 譚鑫：

1981年生，博士，副研究員，碩士研究生導(dǎo)師。2008年進(jìn)入長(zhǎng)春光機(jī)所工作，2009年破格晉升為副研究員，承擔(dān)參與了中國工程物理研究院聯(lián)合基金項(xiàng)目“X射線分束技術(shù)研究”、“十一五”國家科技支撐計(jì)劃重大項(xiàng)目“高分辨分光器件及接收部件（器件）的研制與開發(fā)”、國家科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)“基于同心光學(xué)系統(tǒng)的新型成像光譜儀技術(shù)”、中國科學(xué)院重大科研裝備研制項(xiàng)目“多功能曲面光柵性能測(cè)試系統(tǒng)的研制”、國家重大科研裝備研制項(xiàng)目“大型高精度衍射光柵刻劃系統(tǒng)的研制”、國家重大科學(xué)儀器研發(fā)專項(xiàng)“高端全息光柵研發(fā)”等。發(fā)表學(xué)術(shù)論文30余篇，擁有專利7項(xiàng)，獲2012年度吉林省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)：

中科院長(zhǎng)春光機(jī)所作為項(xiàng)目牽頭單位，負(fù)責(zé)光柵制造裝備及高端光柵產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化任務(wù)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)由34人組成，其中高級(jí)職稱8人，中級(jí)職稱11人；全部擁有碩士以上學(xué)歷，其中博士學(xué)歷17人，半數(shù)以上研發(fā)人員為35歲以下的年輕科研工作者。涉及專業(yè)包括全息光學(xué)、超精密加工、精密儀器儀表、超聲化學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、電器工程、軟件開發(fā)、工業(yè)設(shè)計(jì)等，且均在所研究領(lǐng)域內(nèi)工作多年，經(jīng)驗(yàn)豐富。項(xiàng)目組聘請(qǐng)具有多年工程任務(wù)承擔(dān)經(jīng)驗(yàn)的院士、研究員及高級(jí)工程師作為技術(shù)顧問，嚴(yán)格把控技術(shù)方案。

責(zé)編/萬海濱