一項具有國際先進水平的高端全息光柵制造技術

為了研發出高端光譜儀器的核心部件—高端全息光柵，建立集全息光柵設計、制造、檢驗于一體的開發平臺，發展具有自主知識產權、具有國際先進水平的高端全息光柵制造技術，同時針對光譜分析市場中對光柵的特殊需求，開發低雜散光、特種面型等光柵，推動我國光柵制造領域應用基礎研究及成果產業化，中科院長春光機所作為國家重大科學儀器設備開發專項“高端全息光柵研發”項目的牽頭單位，負責光柵制造裝備及高端光柵產品的設計、研發與產業化任務。在研發團隊負責人齊向東帶領下，核心技術骨干譚鑫等團體成員經過不斷實驗、研發，取得一系列成果。

第一，建立集全息光柵設計、制造、檢驗于一體的開發平臺，深入研究并解決高端全息光柵制造工藝技術及裝備的共性、基礎性問題，發展具有自主知識產權、具有國際先進水平的高端全息光柵制造技術，增強高端全息光柵自主研發和創新能力，達到國際先進水平，替代進口，同時滿足我國光譜分析儀器自主創新對新型全息光柵的需求。

第二，項目組以該平臺為基礎，針對光譜分析市場中急需的紫外分光光度計、ICP光譜儀、火花光譜儀、成像光譜儀、X光光譜儀等對光柵的特殊需求，開發低雜散光光柵、高分辨本領光柵、特種面型光柵、體全息光柵等11種光柵，同時在5家光譜分析儀器企業和1家高校中進行應用示范及產業化推廣，推動我國光柵制造領域應用基礎研究研究及產業級研究成果的涌現，完善我國光譜分析儀器產業鏈，引領和拉動整個光譜分析儀器行業向縱深發展，并輻射帶動光譜分析技術向更多應用領域拓展，進一步增強我國對外經濟交往中的主動權。

項目總體運行情況如圖1所示，21項任務中，已經完成的有16項，其余各項符合任務書要求。

從單元技術突破情況來看，某些方面已經達到國際先進水平。

1.曲面全息光柵離子束刻蝕機通過擺動刻蝕技術能夠實現曲面光柵的高閃耀角一致性，獲得高衍射效率，此項技術屬國際首創；利用該刻蝕機已完成的2400gr/mm羅蘭凹面光柵的研制，其實測衍射效率實測結果較horiba J-Y同指標光柵高25%，達到國際領先水平。如圖2所示。

圖2 曲面光柵離子束刻蝕機

2.等離子體刻蝕機可實現口徑200mm×200mm光柵的刻蝕圖形轉移及去膠，其均勻性達到±7%，是目前國內實驗室級最大口徑的等離子體刻蝕機，利用其制作口徑190mm×160mm 光柵，首次使用SiC基底實現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奠定了關鍵器件基礎。如圖3所示。

圖3 等離子體刻蝕機

3.利用相移法和調制技術實現干涉場空間分布狀態的測量及實時調整，目前條紋鎖定精度由原來的1/2條紋提高到1/30條紋，達到國際先進水平。采用比較干涉技術實現光柵常數及等相位面測量及調整，目前刻線密度控制精度可達到10～5量級，達到國際領先水平。如圖4所示。

圖4 條紋鎖定系統

4.分振幅的大口徑曝光系統已經完成，能夠實現200mm×200mm口徑光柵的曝光制作，其單路透射波前達到PV1/10波長@632.8nm，可實現600gr/mm～3600gr/mm光柵的調整和制作。如圖5所示。

圖5 曝光系統

5.2400gr/mm羅蘭光柵研制已完成，衍射效率等指標如圖6所示，滿足任務書要求，與horiba J-Y同類光柵對比可知，其衍射效率優于國外產品。

6.通過項目的研發，已形成通過新型光柵研發帶動新型光譜分析儀器開發的行業創新新局面，依據11種新型光柵中的6種開發的6種新型光譜分析儀器指標均達到國際先進水平。其中，大口徑SiC基底光柵的研發引領了我國航天領域內高精度、高分辨率CO2探測成像光譜儀的開發（非本項目預期成果），對氣象領域的進步奠定了核心元器件開發的重要基礎。中科院長春光機所開發的11種高端全息光柵打破國際封鎖，新建的一條光柵生產線通過ISO9001質量體系認證，能夠滿足新型高端全息光柵的復制生產要求，目前年產能超過3萬塊，滿足光譜儀器行業的需求。

“高端全息光柵研發”項目中，目前6家企業的光譜分析儀器已經均完成了樣機研制，其中鋼研納克股份有限公司儀器已使用本項目研制的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目研制的3600gr/mm平面光柵實驗片，長春光機醫療股份有限公司儀器使用本項目研制的凸面光柵實驗片，其余儀器也在開展相應的光柵應用研究工作。 “高端全息光柵研發”項目目前總申請發明專利14項，發表論文19篇，擁有軟件著作權7項。

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項目團隊介紹：

“高端全息光柵研發”項目的研發團隊由牽頭單位中國科學院長春光機所及六家應用任務承擔單位的60余名技術人員組成。

研發團隊負責人（項目負責人）齊向東：

研究員，博士研究生導師，國家光柵制造與應用工程技術研究中心副主任，光柵技術中心副主任。一直從事光學系統設計與精密刻劃工藝研究工作，先后承擔和參加了國家“八五”科技攻關項目“光盤預制格式刻槽機”和“LKZ離子刻蝕終點檢驗儀”、“九五”國家重大科學工程項目子課題“LAMOST透射光柵試制”、“十五”國家科技攻關重大項目的子課題“低雜散光平面全息光柵的研制”、國家自然科學基金項目“亞微米集成電路離子刻蝕終點檢驗方法研究”、國家自然科學基金項目“強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”國家科技支撐計劃重大項目“高分辨分光器件及接收部件（器件）的研制與開發”、科技部創新方法工作專項“基于同心光學系統的新型成像光譜儀技術”、國家重大科研裝備研制項“大型高精度衍射光柵刻劃系統”、國家重大科學儀器研發專項“高端全息光柵研發”等多項研究課題。發表學術論文30余篇，擁有專利12項，獲2012年度吉林省科技進步一等獎。

核心技術骨干 譚鑫：

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

研發團隊：

中科院長春光機所作為項目牽頭單位，負責光柵制造裝備及高端光柵產品的設計、研發與產業化任務，研發團隊由34人組成，其中高級職稱8人，中級職稱11人；全部擁有碩士以上學歷，其中博士學歷17人，半數以上研發人員為35歲以下的年輕科研工作者。涉及專業包括全息光學、超精密加工、精密儀器儀表、超聲化學、機械設計、電器工程、軟件開發、工業設計等，且均在所研究領域內工作多年，經驗豐富。項目組聘請具有多年工程任務承擔經驗的院士、研究員及高級工程師作為技術顧問，嚴格把控技術方案。

責編/萬海濱