本發(fā)明涉及光學(xué)器件技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說，涉及一種用于極紫外的二維單級衍射光柵。

背景技術(shù)：

衍射光柵發(fā)展時間較長，目前用于光譜儀的光柵一般為傳統(tǒng)的一系列的平行溝槽和線條組成的金屬薄膜黑白光光柵，存在多級衍射的問題。尤其是在極紫外波段，由于此波段存在大量的原子共振線與吸收線，任何材料對此波段的輻射都存在嚴(yán)重的吸收，甚至空氣也不例外，其吸收長度通常為微米或納米量級。因此，極紫外波段輻射的研究具有極大的困難。

目前，很多的衍射光柵器件已經(jīng)被發(fā)明應(yīng)用，有的衍射光柵器件利用光柵制造周期d在(λ，2λ)區(qū)間時會抑制特定波長λ所產(chǎn)生的高級衍射，然而，有效抑制的波長λ范圍只被限制在了(d/2，d)區(qū)間，而對于極紫外波這樣的短波長，以目前的納米制造工藝很難將周期控制在合適區(qū)間之內(nèi)；有的衍射光柵器件利用不同種類的濾片組合來抑制目標(biāo)波長的高次諧波，但是在測量光譜時,一塊濾片僅對某一波長區(qū)域有效,不同的區(qū)域需要不同的插入件,這不僅增加了制造成本,也使譜儀結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜,更重要的是這會對測量譜線的精度造成很大的影響?？傊?，在極紫外波段,這些方法都很難得到滿意的效果。

因此，設(shè)計并制作能夠在極紫外波段有效地抑制高次諧波，并且易于加工的單級衍射光柵是目前光譜分析技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域中迫切需要解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種用于極紫外的二維單級衍射光柵，可以在極紫外波段有效的抑制高次諧波，且制作工藝簡單，制作成本低。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種用于極紫外光的二維單級衍射光柵，所述二維單級衍射光柵包括：透明基底以及位于所述透明基底表面的柵條層；

所述柵條層具有多個透光柵條以及多個不透光柵條；

所述透光柵條以及所述不透光柵條在第一方向上交替分布，且所述透光柵條以及所述不透光柵條均沿第二方向延伸，所述第一方向垂直于所述第二方向；

在所述第一方向上，所述透光柵條相對的兩邊均為鋸齒形；且所述透光柵條在所述第一方向上的寬度處處相同。

優(yōu)選的，在上述二維單級衍射光柵中，在所述第一方向上，所述二維單級衍射光柵的光柵常數(shù)為p，所述透光柵條的寬度為p/2，所述不透光柵條在所述第一方向上的寬度為d；且d的取值范圍滿足：

優(yōu)選的，在上述二維單級衍射光柵中，所述光柵常數(shù)的范圍是450nm-550nm，包括端點值。

優(yōu)選的，在上述二維單級衍射光柵中，在所述第一方向上，所述透光柵條一側(cè)鋸齒的寬度等于所述光柵常數(shù)的六分之一。

優(yōu)選的，在上述二維單級衍射光柵中，所述不透光柵條為金薄膜、或銀薄膜、或鋁薄膜、或鉻薄膜、或硅薄膜、或氮化硅薄膜、或碳化硅薄膜。

優(yōu)選的，在上述二維單級衍射光柵中，在垂直于所述透明基底的方向上，所述不透光柵條的厚度范圍是100nm-300nm，包括端點值。

優(yōu)選的，在上述二維單級衍射光柵中，所述透明基底為二氧化硅基底、或氮化硅基底、或碳化硅基底。

通過上述描述可知，本發(fā)明技術(shù)方案提供的用于極紫外的二維單級衍射光柵中，設(shè)置所述透光柵條以及所述不透光柵條在第一方向上交替分布，且所述透光柵條以及所述不透光柵條均沿第二方向延伸，所述第一方向垂直于所述第二方向；在所述第一方向上，所述透光柵條相對的兩邊均為鋸齒形；且所述透光柵條在所述第一方向上的寬度處處相同。通過調(diào)整透光柵條在之間的間距以及透光柵條的寬度，在實現(xiàn)對極紫外光波段的衍射的同時，使得衍射圖案只具有0級和正負(fù)1級衍射圖案，能夠消除2n、3n、4n、5n級衍射(n為非零整數(shù))級衍射，抑制高級衍射，降低噪點，提高分辨率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種于極紫外光的二維單級衍射光柵的俯視圖；

圖2為圖1所示二維單級衍射光柵在aa’方向的切面圖；

圖3為圖1所示二維單級衍射光柵的透光柵條的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的一種二維待機(jī)衍射光柵對極紫外光的衍射特性圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的一種二維待機(jī)衍射光柵對可見光的衍射特性圖；

圖6為本發(fā)明實施例提供的一種衍射特性圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

本發(fā)明實施例提供了一種用于極紫外光的二維單級衍射光柵，如圖1-圖3所示，圖1為本發(fā)明實施例提供的一種于極紫外光的二維單級衍射光柵的俯視圖，圖2為圖1所示二維單級衍射光柵在aa’方向的切面圖，圖3為圖1所示二維單級衍射光柵的透光柵條的結(jié)構(gòu)示意圖。

本發(fā)明實施例提供的二維單級衍射光柵包括：透明基底11以及位于所述透明基底表面的柵條層；所述柵條層具有多個透光柵條12以及多個不透光柵條13。

所述透光柵條12以及所述不透光柵條13在第一方向x上交替分布，且所述透光柵條12以及所述不透光柵條13均沿第二方向y延伸，所述第一方向x垂直于所述第二方向y。所述第一方向x以及所述第二方向y均平行于所述透明基底11。第三方向z垂直于所述透明基板11。

在所述第一方向x上，所述透光柵條12相對的兩邊均為鋸齒形；且所述透光柵條12在所述第一方向x上的寬度處處相同，均為p/2。p為所述二維單級衍射光柵的光柵常數(shù)。

如圖3所示，為了使得透光柵條12相對的兩邊均為鋸齒形，所述透光柵條12包括：沿第二方向y延伸的矩形條狀區(qū)域21；在第一方向x上，設(shè)置在矩形條狀區(qū)域21兩側(cè)的多個鋸齒22。

通過調(diào)節(jié)光柵常數(shù)、透光柵條12的寬度以及不透光柵條13的寬度可以使得該二維單級衍射光柵在目標(biāo)波段實現(xiàn)衍射的同時，并消除該波段的高級衍射。如上述，當(dāng)所述二維單級衍射光柵的光柵常數(shù)為p時，為了實現(xiàn)在實現(xiàn)衍射的同時消除高級衍射，在所述第一方向x上，設(shè)置所述透光柵條12的寬度為p/2，所述不透光柵條13在所述第一方向上的寬度為d，且d的取值范圍滿足：不同的不透光柵條的寬度d可以不同。不透光柵條的寬度d滿足隨機(jī)分布關(guān)系。

通過設(shè)置光柵常數(shù)p以及所述不透光柵條13的寬度為d，可以使得該二維單級衍射光柵能夠?qū)Σ煌ǘ蔚墓獠▽崿F(xiàn)衍射的同時，并消除高階衍射。

根據(jù)光柵的延伸原理，不透光柵條的寬度d、入射光的波長λ以及入射角θ滿足：

dsinθm＝mλ

其中，θm為入射角，m為±1、±2、±3、…。根據(jù)夫瑯禾費衍射原理可知，衍射強(qiáng)度公式為：

其中，m為衍射級次，不同衍射級次的強(qiáng)度是零級衍射強(qiáng)度i0與三個sinc數(shù)學(xué)式的乘積。當(dāng)d滿足上述隨機(jī)分布時，2n、3n、4n、5n級衍射的強(qiáng)度均為零，以消除高級衍射。

本發(fā)明實施例所述二維單級衍射光柵通過鋸齒形的透光柵條12以及鋸齒形的不透光柵條實現(xiàn)光波衍射，同時通過設(shè)計不透光柵條13的寬度為關(guān)于光柵常數(shù)的預(yù)設(shè)隨機(jī)分布關(guān)系，在實現(xiàn)衍射的同時能夠消除高級衍射，降低噪點，提高分辨率。

當(dāng)用于極紫外光的衍射時，所述光柵常數(shù)p的范圍是450nm-550nm，包括端點值。在所述第一方向x上，所述透光柵條13一側(cè)鋸齒22的寬度等于所述光柵常數(shù)的六分之一，即鋸齒22的寬度等于p/6。

本發(fā)明實施例中，所述不透光柵條13采用吸收極紫外光的材料制備。具體的，所述不透光柵條13可以為金薄膜、或銀薄膜、或鋁薄膜、或鉻薄膜、或硅薄膜、或氮化硅薄膜、或碳化硅薄膜。

可選的，在垂直于所述透明基底的方向z上，所述不透光柵條13的厚度范圍是100nm-300nm，包括端點值?？梢栽O(shè)置不透光柵條13的厚度為150nm。所述透明基底11為二氧化硅基底、或氮化硅基底、或碳化硅基底。

本發(fā)明實施例所述的二維單級衍射光柵能夠消除2n、3n、4n，5n級的衍射光柵，擴(kuò)大了單極衍射光柵檢測到的光譜范圍，完全的抑制了噪聲，有效的解決了高次諧波的污染問題，同時本發(fā)明設(shè)計的單級衍射光柵包括透光和不透光的二值化的結(jié)構(gòu)，易于制作，極大的簡化了工藝難度，尤其是在極紫外光學(xué)系統(tǒng)中，使現(xiàn)代的光譜分析技術(shù)應(yīng)用于極紫外波段。

本發(fā)明實施例所述的二維單級衍射光柵結(jié)構(gòu)簡單，可以通過圖案化該薄膜可以形成預(yù)設(shè)結(jié)構(gòu)的不透光柵條13以及透光柵條12，該薄膜可以通過鍍膜工藝形成，圖案化該薄膜的方法可以采用標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體工藝制作，易于加工，制作方法簡單，制作成本低?？梢酝ㄟ^刻蝕工藝在薄膜表面形成隨機(jī)分布的透光柵條12，以使得不透光柵條13的寬度成預(yù)設(shè)的隨機(jī)分布。

本發(fā)明實施例所述的二維單級衍射光柵用于極紫外波段衍射時，能夠有效抑制高次諧波，可以在極紫外光學(xué)系統(tǒng)和激光等離子體診斷軟x光譜測量當(dāng)中得到應(yīng)用，以適應(yīng)更廣范圍的實際應(yīng)用需求。

下面結(jié)合具體的實驗數(shù)據(jù)說明本申請實施例中二維待機(jī)衍射光柵消除高級衍射的效果。

在透明基底表面形成不透光的薄膜。該薄膜可以完全吸收極紫外光。該薄膜可以為金屬鉻薄膜，厚度為150nm。刻蝕所述不透光的薄膜，被刻蝕的區(qū)域形成透光柵條，未刻蝕的區(qū)域為不透光柵條。被刻蝕的區(qū)域在第一方向上的兩側(cè)均為鋸齒形，形成上述鋸齒形的透光柵條。

所述透光柵條在所述不透光的薄膜上隨機(jī)分布，使得不透光薄膜的寬度滿足隨機(jī)分布關(guān)系。

當(dāng)發(fā)明實施例所述二維待機(jī)衍射光柵在極紫外光照射下，其衍射特性圖如圖4所示，圖4為本發(fā)明實施例提供的一種二維待機(jī)衍射光柵對極紫外光的衍射特性圖。

由圖4可知，當(dāng)入射波長為50nm時，在橫軸ξ上，只存在0級和±1級衍射。圖4中在橫軸ξ上依次排布的三個白色光斑中，中間亮度較大的白色光斑為0級顏色圖像，其左右兩側(cè)的分別為±1級衍射圖像。在橫軸ξ上，不存在其他高級衍射，在縱軸η上，在0級衍射圖像的上下兩側(cè)不存在衍射圖案。因此，該二維待機(jī)衍射光柵可以作為單色儀或者光譜儀的分光元件使用，將排除諧波污染問題。

當(dāng)發(fā)明實施例所述二維待機(jī)衍射光柵在波長為500nm的可見光照射下，其橫軸ξ方向上的衍射特性圖如圖5所示，圖5為本發(fā)明實施例提供的一種二維待機(jī)衍射光柵對可見光的衍射特性圖，圖5中縱軸為相對衍射效率，橫軸為衍射級次，可以看到，1級的相對0級的衍射效率為23.94％，可以看出本發(fā)明實施例所述二維待機(jī)衍射光柵和傳統(tǒng)正弦衍射光柵有同樣的抑制高級衍射的性質(zhì)，在平行于光柵衍射的ξ軸上，只存在0級和+1/-1級衍射。不存在高級衍射。

如圖6所示，圖6為本發(fā)明實施例提供的一種衍射特性圖，他圖6中縱軸為相對衍射效率的對數(shù)，橫軸為衍射級次，可以更加清晰地看到，單級衍射光柵能夠抑制2n、3n、4n，5n(n為非零整數(shù))級衍射。本發(fā)明擴(kuò)大了單極衍射光柵檢測到的光譜范圍，完全的抑制了噪聲，有效的解決了高次諧波的污染問題。

通過上述描述可知，本發(fā)明實施例所述二維待機(jī)衍射光柵通過鋸齒形的透光柵條與不透光柵條實現(xiàn)衍射，透光柵條的寬度不變，并設(shè)置隨機(jī)分布的透光柵條，使得不透光柵條的寬度滿足預(yù)設(shè)的隨機(jī)分布，可以在實現(xiàn)對預(yù)設(shè)波段實現(xiàn)衍射的同時消除高次諧波。

對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。