上海正在研制的百拍瓦級(jí)超短超強(qiáng)激光裝置是上海建設(shè)具有國(guó)際水平的科創(chuàng)中心的標(biāo)志性建設(shè)內(nèi)容張江光子大科學(xué)裝置集群的重要裝置之一。其中，尺寸需要達(dá)到1.6m×1.05m（雙向米級(jí)，對(duì)角線接近2米）的脈沖壓縮光柵是系統(tǒng)的關(guān)鍵器件，也是支撐裝置確保實(shí)現(xiàn)國(guó)際領(lǐng)先水平仍然存在的“卡脖子”技術(shù)之一。目前，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的光柵制備技術(shù)上包括機(jī)械刻劃、細(xì)光束掃描拼接曝光、透射靜態(tài)干涉場(chǎng)曝光等現(xiàn)有技術(shù)都達(dá)不到制備如此雙向米級(jí)大尺寸光柵能力。

中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所提出了利用大口徑離軸反射曝光系統(tǒng)制作米級(jí)脈沖壓縮光柵的創(chuàng)新方案，其核心是利用2個(gè)大口徑高精度的離軸拋物面反射鏡形成兩束平行光大范圍構(gòu)造均勻的曝光光場(chǎng)。

離軸鏡上干涉儀檢測(cè)

除上海光機(jī)所報(bào)道過小口徑反射式曝光技術(shù)外，國(guó)際上至今沒有報(bào)道過利用反射式曝光技術(shù)成功制作衍射光柵的先例。全口徑大面積反射式靜態(tài)曝光技術(shù)是引領(lǐng)大口徑靜態(tài)曝光技術(shù)的創(chuàng)新方案，將推動(dòng)我國(guó)的大口徑高精度超低缺陷離軸反射鏡加工技術(shù)進(jìn)步，若能研制成功將是世界上的第一次實(shí)現(xiàn)，形成國(guó)際上獨(dú)一無(wú)二的大口徑光柵制備能力，為我國(guó)超短超強(qiáng)激光技術(shù)發(fā)展提供持續(xù)有力支撐。

為實(shí)現(xiàn)滿足衍射光柵制作要求的曝光光場(chǎng)均勻性，需要離軸拋物面鏡表面宏觀至微觀的全頻段誤差均需達(dá)到納米級(jí)。但大口徑離軸拋物面鏡具有的變曲率、大離軸量等特點(diǎn)，其全頻段誤差一致收斂加工一直是業(yè)界的難點(diǎn)。

全頻段誤差一致收斂加工通俗來(lái)講，就是要將鏡子上面的各種凹凸不平的東西都要消除，讓鏡子保持“極致”光滑狀態(tài)；如果做不到這一點(diǎn)，反射后的光場(chǎng)一定會(huì)出現(xiàn)不均勻性情況，就不可能造出好光柵。

所謂“極致”光滑，根據(jù)光場(chǎng)理論反演推算，若是把這面鏡子放大到上海市大小，其“最高峰”相當(dāng)于要控制在2mm以下；而對(duì)于鏡子上10mm空間周期以下的誤差，米級(jí)元件任一區(qū)域誤差起伏要求控制在1納米以內(nèi)，相當(dāng)于頭發(fā)絲直徑的五萬(wàn)分之一；如此大口徑元件在全空間頻段均達(dá)到納米/亞納米級(jí)的制造精度稱得上是人類制造皇冠上的明珠。

上海光機(jī)所項(xiàng)目組團(tuán)隊(duì)經(jīng)過1年多的努力攻關(guān)，發(fā)明了極窄邊緣效應(yīng)一體式柔性研拋技術(shù)與裝備、無(wú)軌跡波紋非正交磁流變拋光技術(shù)、計(jì)算機(jī)全息位相板檢測(cè)、大鏡低應(yīng)力支撐等系列創(chuàng)新技術(shù)。

科研人員正在研究技術(shù)相關(guān)數(shù)據(jù)

在項(xiàng)目攻關(guān)的關(guān)鍵時(shí)期，正處于疫情封控期間，項(xiàng)目組遇到了大鏡支撐應(yīng)力不穩(wěn)定導(dǎo)致精密檢測(cè)面形誤差不重復(fù)的技術(shù)難題，大大制約了研制進(jìn)程。項(xiàng)目組成員主動(dòng)擔(dān)當(dāng)，在封控前入住實(shí)驗(yàn)園區(qū)，吃住在實(shí)驗(yàn)室，反復(fù)上下干涉儀進(jìn)行支撐應(yīng)力試驗(yàn)，24小時(shí)輪班盯緊加工任務(wù)，連續(xù)奮戰(zhàn)40天，研究分析了支撐應(yīng)力不穩(wěn)定性的原因并找到了最優(yōu)的支撐方式，成功解決了大鏡測(cè)量穩(wěn)定性和支撐應(yīng)力問題，完成了尺寸達(dá)1650mm×1120mm(對(duì)角線約2米)，重約900公斤，全頻段誤差達(dá)納米精度的加工，完全滿足了設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，后續(xù)將進(jìn)行光柵制作實(shí)際驗(yàn)證。