小特征尺寸连续位相板离子束修形的误差分析

【摘要】：连续位相板是一种典型的衍射光学元件,在光束整形、补偿和调制尤其是激光核聚变应用方面具有广泛的应用前景。针对小特征尺寸连续位相板中频段成分分布广、误差梯度大的面形特点,分析了离子束修形技术加工连续位相板过程中影响加工精度的几种因素,包括扫描步距、材料去除方式、定位精度和材料去除量求解。为了实现对不同尺寸特征单元的有效加工,根据采样定理确定了去除函数的扫描步距。理论分析表明:优化的材料去除方式能够确保修形过程中驻留时间的平稳运行,实现全频段误差一致收敛;采用面形匹配方法对测量误差进行校正,可以获取准确的面形材料去除量;通过提高去除函数定位精度,能够显著提升小尺寸特征单元的加工精度。最后,在消除各种工艺误差的基础上,采用离子束修形技术实现了对特征尺寸小至1.5mm,面形峰谷值小于200nm,面形梯度高至1.8μm/cm的连续位相板的高精度加工,加工面形与理论面形的匹配精度达到8.1nmRMS。实验结果证实了误差分析的准确性。