Регистрация / Вход
Прислать материал

14.578.21.0063

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.578.21.0063
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет"
Название доклада
Разработка технологии получения нового поколения комбинированных голограммных и дифракционных оптических элементов с изменяемыми оптическими характеристиками на основе тонкопленочных наноматериалов и наноструктурированных стекол.
Докладчик
Кубанкин Александр Сергеевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цель: Разработка технологии и создание экспериментальных образцов комбинированных голограммных и дифракционных оптических элементов с изменяемыми оптическими характеристиками для миниатюрных оптических и оптико-электронных систем. Исследование возможностей применения разрабатываемых элементов в областях вакуумного ультрафиолета и мягкого рентгена.
Задачи:
2014 г. Разработка математических моделей комбинированных ГОЭ-ДОЭ; разработка программы расчёта параметров поверхностного рельефа комбинированных ГОЭ-ДОЭ; разработка узлов экспериментальных установок для исследований ГОЭ-ДОЭ в областях вакуумного ультрафиолета и мягкого рентгена; определение оптимальных условий синтеза комбинированных ГОЭ-ДОЭ.
2015 г. Выбор методов изготовления ГОЭ-ДОЭ; изготовление экспериментальных образцов ГОЭ-ДОЭ; исследование характеристик экспериментальных образцов ГОЭ-ДОЭ; исследование возможностей использования ГОЭ-ДОЭ в областях вакуумного ультрафиолета и мягкого рентгена в качестве монохроматоров и источников излучения.
2016 г. Анализ результатов; корректировка процесса изготовления ГОЭ-ДОЭ; изготовление образцов с учётом результатов корректировки.
Актуальность и новизна исследования
Использование комбинированных ГОЭ-ДОЭ с плазмонными решётками позволит получить принципиально новое качество изображений при миниатюрных размерах функциональных элементов, что обеспечивается нетрадиционной спектрально-угловой селективностью проходящего (отраженного) оптического излучения в широком спектральном диапазоне.
Развитие технологии ГОЭ-ДОЭ открывает новые задачи в физике излучения заряженных частиц, решение которых представляет интерес для разработки новых источников излучения в областях ВУФ и МР. Стоит отметить, что общие принципы теории излучения
заряженных частиц в веществе позволяют предположить возможность разработки квазимонохроматического источника с плавно перестраиваемой спектральной линией в областях ВУФ и МР по аналогии с механизмом параметрического рентгеновского
излучения, осуществляемого вследствие когерентного (брэгговского) рассеяния кулоновского поля заряженной частицы на периодических структурах.
Описание исследования

Для изготовления экспериментальных образцов комбинированных ГОЭ-ДОЭ с плазмонными решетками и поверхностным фазово-оптическим рельефом был выполнен анализ рынка выпускаемого оборудования для литографии. На основе сопоставления характеристик оборудования в качестве основного литографического процесса была выбрана электронно-лучевая литография, поскольку полностью удовлетворяет требованиям технического задания. В качестве способа формирования плазмонного покрытия был выбран магнетронный метод напыления тонких металлических плёнок. Травление подложки выполнялось методом ионного плазмо-химического травления.

Проведение математического статистического моделирования основных операций технологического процесса изготовления комбинированных ГОЭ-ДОЭ с плазмонными решетками и поверхностным фазово-оптическим рельефом в соответствии с разработанными тестовыми задачами проиллюстрировало наличие влияния погрешностей изготовления по цепочке операций технологического процесса показало следующие особенности:

- нарушение периода рельефа большей частью влияет на положение спектральной линии дифрагированного излучения, при этом погрешность периода в определённых случаях может быть компенсирована изменением угла падения излучения на рельеф;

- нарушение высоты рельефа большей частью связано с влиянием на дифракционную эффективность и спектральную ширину дифрагированного сигнала, при этом большее негативное влияние проявляется при погрешности, которая ведёт к уменьшению высоты рельефа;

- погрешность толщины наносимого плазмонного слоя незначительно влияет на положение и спектральную ширину дифрагированного сигнала.

В рамках ТЗ были выполнены обработка и интерпретация результатов математического статистического моделирования с определением технологических допусков по отдельным операциям технологического процесса. Результаты показали возможность использования стандартного современного литографического оборудования для изготовления комбинированных ГОЭ-ДОЭ.

С учётом результатов работ по оптимизации параметров разрабатываемых ГОЭ ДОЭ были изготовлены экспериментальные образцы комбинированных ГОЭ-ДОЭ с поверхностным фазово-оптическим микрорельефом на одной стороне и плазмонными решетками с наноструктурированным рельефом с другой стороны единой стеклянной подложки.

В соответствии со скорректированной документацией была изготовлена технологическая оснастка для получения ГОЭ-ДОЭ методами электронно-лучевой и ионного плазмо-химического травления.

 

Для проведения исследований возможности использования комбинированных ГОЭ-ДОЭ для монохроматизации и генерации вакуумного ультрафиолета и мягкого рентгена была разработана программа для расчета характеристик излучения, генерирующегося при взаимодействии быстрых электронов и потока мягкого рентгеновского излучения с поверхностным рельефом ГОЭ-ДОЭ. Программа позволяет выполнять расчёт спектрально-угловых характеристик излучения, сгенерированного при скользящем взаимодействии пучков быстрых электронов со структурированной поверхностью, представляющей заряженную металлизированную дифракционную решетку, сформированную на диэлектрической подложке. Возможности разработанной программы достаточны для проведения моделирования характеристик излучения в области вакуумного ультрафиолета и мягкого рентгена в режиме скользящего бесконтактного взаимодействия пучка заряженных частиц с ГОЭ-ДОЭ. Результаты расчётов были экспериментально апробированы.

Результаты исследования

Разработаны методики получения комбинированных ГОЭ-ДОЭ с плазмонными решетками. Изготовлены экспериментальные образцы комбинированных ГОЭ-ДОЭ в количестве 5 шт. Разработана, изготовлена и запущена экспериментальная установка для исследования характеристик излучения, возникающего при взаимодействии вакуумного ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучений, а также быстрых электронов  с ГОЭ-ДОЭ. Выполнены экспериментальные исследования образцов комбинированных ГОЭ-ДОЭ  по разработанной программе и методикам экспериментальных исследований. Разработана система удалённого управления разработанной экспериментальной установкой для исследования характеристик излучения. Разработана программа для расчёта фильтров вакуумного ультрафиолета и мягкого рентгена.
Разработаны программа и методика экспериментальных исследований экспериментальных образцов комбинированных ГОЭ-ДОЭ.
Разработана эскизная конструкторская документация  и изготовлена технологическая оснастка для получения ГОЭ-ДОЭ.
Разработана и создана двухкоординатная система диагностики положения и профиля пучка быстрых электронов в сечении электронопровода.

На основе математического моделирования определены зависимости влияния погрешностей изготовления комбинированных ГОЭ-ДОЭ на их оптико-дифракционные характеристики. Проведена корректировка технологической документации изготовления комбинированных ГОЭ-ДОЭ в связи с обнаруженными недостатками формирования плазмонного покрытия. Изготовлены и исследованы скорректированные образцы комбинированных ГОЭ-ДОЭ в кол-ве 5 шт. Разработаны рекомендации по практическому применению полученных результатов. Произведен выбор материала покрытия, способа нанесения и исследованы защитные тонкоплёночные покрытия на изготовленных ГОЭ-ДОЭ. Выполнена корректировка эскизной конструкторской документации технологической оснастки для получения ГОЭ-ДОЭ и изготовлен новый комплект. Разработана программа расчёта характеристик излучения, генерирующегося при взаимодействии быстрых электронов с поверхностным рельефом ГОЭ-ДОЭ. Проведено исследование возможности увеличения эффективности генерации излучения в области вакуумного ультрафиолета в режиме скользящего бесконтактного взаимодействия пучка заряженных частиц с ГОЭ-ДОЭ

Практическая значимость исследования
Разработка найдёт применение в различных оптико-электронных приборах и системах для создания цветных изображений высокого качества, а также в качестве монохроматоров электромагнитного излучения в широком спектральном диапазоне.
К подобным приборам и системам в первую очередь можно отнести:
- миниатюрные многоцветные индикаторы знако-символьной информации, устанавливаемые на оптические детали (очки, защитное стекло шлема, лобовое стекло автомобилей);
- миниатюрные 3D дисплеи цветных объемных изображений;
- потолочные и настенные многоцветные индикаторы знако-символьной информации;
- элементы в оптических системах объективов цифровых фото-видео-аппаратов для компенсации хроматизма и уменьшение массо-габаритных параметров;
- оптические элементы систем записи и хранения информации на основе голографических дисков;
- защитные голограммы для предотвращения фальсификаций и подделки.