一项具有国际先进水平的高端全息光栅制造技术

为了研发出高端光谱仪器的核心部件—高端全息光栅，建立集全息光栅设计、制造、检验于一体的开发平台，发展具有自主知识产权、具有国际先进水平的高端全息光栅制造技术，同时针对光谱分析市场中对光栅的特殊需求，开发低杂散光、特种面型等光栅，推动我国光栅制造领域应用基础研究及成果产业化，中科院长春光机所作为国家重大科学仪器设备开发专项“高端全息光栅研发”项目的牵头单位，负责光栅制造装备及高端光栅产品的设计、研发与产业化任务。在研发团队负责人齐向东带领下，核心技术骨干谭鑫等团体成员经过不断实验、研发，取得一系列成果。

第一，建立集全息光栅设计、制造、检验于一体的开发平台，深入研究并解决高端全息光栅制造工艺技术及装备的共性、基础性问题，发展具有自主知识产权、具有国际先进水平的高端全息光栅制造技术，增强高端全息光栅自主研发和创新能力，达到国际先进水平，替代进口，同时满足我国光谱分析仪器自主创新对新型全息光栅的需求。

第二，项目组以该平台为基础，针对光谱分析市场中急需的紫外分光光度计、ICP光谱仪、火花光谱仪、成像光谱仪、X光光谱仪等对光栅的特殊需求，开发低杂散光光栅、高分辨本领光栅、特种面型光栅、体全息光栅等11种光栅，同时在5家光谱分析仪器企业和1家高校中进行应用示范及产业化推广，推动我国光栅制造领域应用基础研究研究及产业级研究成果的涌现，完善我国光谱分析仪器产业链，引领和拉动整个光谱分析仪器行业向纵深发展，并辐射带动光谱分析技术向更多应用领域拓展，进一步增强我国对外经济交往中的主动权。

项目总体运行情况如图1所示，21项任务中，已经完成的有16项，其余各项符合任务书要求。

从单元技术突破情况来看，某些方面已经达到国际先进水平。

1.曲面全息光栅离子束刻蚀机通过摆动刻蚀技术能够实现曲面光栅的高闪耀角一致性，获得高衍射效率，此项技术属国际首创；利用该刻蚀机已完成的2400gr/mm罗兰凹面光栅的研制，其实测衍射效率实测结果较horiba J-Y同指标光栅高25%，达到国际领先水平。如图2所示。

图2 曲面光栅离子束刻蚀机

2.等离子体刻蚀机可实现口径200mm×200mm光栅的刻蚀图形转移及去胶，其均匀性达到±7%，是目前国内实验室级最大口径的等离子体刻蚀机，利用其制作口径190mm×160mm 光栅，首次使用SiC基底实现空间大口径光栅制作，为我国可见近红外成像光谱仪的开发奠定了关键器件基础。如图3所示。

图3 等离子体刻蚀机

3.利用相移法和调制技术实现干涉场空间分布状态的测量及实时调整，目前条纹锁定精度由原来的1/2条纹提高到1/30条纹，达到国际先进水平。采用比较干涉技术实现光栅常数及等相位面测量及调整，目前刻线密度控制精度可达到10～5量级，达到国际领先水平。如图4所示。

图4 条纹锁定系统

4.分振幅的大口径曝光系统已经完成，能够实现200mm×200mm口径光栅的曝光制作，其单路透射波前达到PV1/10波长@632.8nm，可实现600gr/mm～3600gr/mm光栅的调整和制作。如图5所示。

图5 曝光系统

5.2400gr/mm罗兰光栅研制已完成，衍射效率等指标如图6所示，满足任务书要求，与horiba J-Y同类光栅对比可知，其衍射效率优于国外产品。

6.通过项目的研发，已形成通过新型光栅研发带动新型光谱分析仪器开发的行业创新新局面，依据11种新型光栅中的6种开发的6种新型光谱分析仪器指标均达到国际先进水平。其中，大口径SiC基底光栅的研发引领了我国航天领域内高精度、高分辨率CO2探测成像光谱仪的开发（非本项目预期成果），对气象领域的进步奠定了核心元器件开发的重要基础。中科院长春光机所开发的11种高端全息光栅打破国际封锁，新建的一条光栅生产线通过ISO9001质量体系认证，能够满足新型高端全息光栅的复制生产要求，目前年产能超过3万块，满足光谱仪器行业的需求。

“高端全息光栅研发”项目中，目前6家企业的光谱分析仪器已经均完成了样机研制，其中钢研纳克股份有限公司仪器已使用本项目研制的2400gr/mm罗兰光栅正式光栅。江苏天瑞仪器股份有限公司仪器使用本项目研制的3600gr/mm平面光栅实验片，长春光机医疗股份有限公司仪器使用本项目研制的凸面光栅实验片，其余仪器也在开展相应的光栅应用研究工作。 “高端全息光栅研发”项目目前总申请发明专利14项，发表论文19篇，拥有软件著作权7项。

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项目团队介绍：

“高端全息光栅研发”项目的研发团队由牵头单位中国科学院长春光机所及六家应用任务承担单位的60余名技术人员组成。

研发团队负责人（项目负责人）齐向东：

研究员，博士研究生导师，国家光栅制造与应用工程技术研究中心副主任，光栅技术中心副主任。一直从事光学系统设计与精密刻划工艺研究工作，先后承担和参加了国家“八五”科技攻关项目“光盘预制格式刻槽机”和“LKZ离子刻蚀终点检验仪”、“九五”国家重大科学工程项目子课题“LAMOST透射光栅试制”、“十五”国家科技攻关重大项目的子课题“低杂散光平面全息光栅的研制”、国家自然科学基金项目“亚微米集成电路离子刻蚀终点检验方法研究”、国家自然科学基金项目“强激光脉冲压缩用高效率高破坏阈值衍射光栅的研制”、“十一五”国家科技支撑计划重大项目“高分辨分光器件及接收部件（器件）的研制与开发”、科技部创新方法工作专项“基于同心光学系统的新型成像光谱仪技术”、国家重大科研装备研制项“大型高精度衍射光栅刻划系统”、国家重大科学仪器研发专项“高端全息光栅研发”等多项研究课题。发表学术论文30余篇，拥有专利12项，获2012年度吉林省科技进步一等奖。

核心技术骨干 谭鑫：

1981年生，博士，副研究员，硕士研究生导师。2008年进入长春光机所工作，2009年破格晋升为副研究员，承担参与了中国工程物理研究院联合基金项目“X射线分束技术研究”、“十一五”国家科技支撑计划重大项目“高分辨分光器件及接收部件（器件）的研制与开发”、国家科技基础性工作专项“基于同心光学系统的新型成像光谱仪技术”、中国科学院重大科研装备研制项目“多功能曲面光栅性能测试系统的研制”、国家重大科研装备研制项目“大型高精度衍射光栅刻划系统的研制”、国家重大科学仪器研发专项“高端全息光栅研发”等。发表学术论文30余篇，拥有专利7项，获2012年度吉林省科技进步一等奖。

研发团队：

中科院长春光机所作为项目牵头单位，负责光栅制造装备及高端光栅产品的设计、研发与产业化任务，研发团队由34人组成，其中高级职称8人，中级职称11人；全部拥有硕士以上学历，其中博士学历17人，半数以上研发人员为35岁以下的年轻科研工作者。涉及专业包括全息光学、超精密加工、精密仪器仪表、超声化学、机械设计、电器工程、软件开发、工业设计等，且均在所研究领域内工作多年，经验丰富。项目组聘请具有多年工程任务承担经验的院士、研究员及高级工程师作为技术顾问，严格把控技术方案。

责编/万海滨