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衍射光栅是一种由密集﹑等间距平行刻线构成的非常重要的光学器件，分反射和透射两大类。其精度要求极高﹐很难制造﹐但其性能稳定﹐分辨率高﹐角色散高而且随波长的变化小﹐所以在各种光谱仪器中得到广泛应用。天文光学仪器应用的光栅主要有﹕平面反射光栅﹕刻线密度一般每毫米300~1﹐500线﹐最常用的是每毫米600线。最近中国科学院长春光机所研制的大型高精度衍射光栅刻划系统正式通过验收，这一成果的完成，代表着我国的光学仪器产业摆脱了有器无心的现状。对天文，激光学，存储等领域有着重要的现实意义。

最大面积中阶梯光栅

2016年11月11日,由中科院长春光机所承担的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顺利通过验收。这标志着我国大面积高精度光栅制造中的相关技术已达到国际水平,结束了我国在高精度大尺寸光栅制造领域受制于人的局面。

衍射光栅(以下简称光栅)是一种具有纳米精度周期性微结构的精密光学元件。它作为核心色散单元器件,在光谱学、天文学、激光器、光通讯、信息存储、新能源等诸多领域中具有重要应用。光栅面积大可获得高集光率和分辨本领,精度高可获得更好的信噪比,但是,同时将光栅做大和做精则属于世界性难题。我国战略高技术领域所需要的高精度大尺寸光栅受到国外严格限制。随着科学技术的不断发展,大面积高精度中阶梯光栅已经成为制约我国相关领域技术发展的短板,此类光栅研制的也是各光栅强国之间展开竞争的焦点。

2008年,在中国科学院和财政部共同支持下,长春光机所开始大型高精度衍射光栅刻划系统的研制工作,目标为研制一台刻划面积属世界之最、技术水平达国际领先的大型高精度衍射光栅刻划机,突破精密机械加工、精密光学加工、精密检测、高精度微位移控制、高精度环境恒温和高精度防微振等一系列关键技术,并研制出面积达400毫米500毫米的中阶梯光栅。 光栅刻划机是制作光栅的母机,因部件的加工装调精度之难,运行保障环境要求之高,被誉为精密机械之王。本项目研制的光栅刻划机,几乎所有关键部件都冲击世界极限水平。研制期间,项目组突破了一系列核心高精度零件的加工制造技术。其中包括840毫米长超零级三角螺纹丝杠(零级是常规加工的最高级),周期误差200纳米,全长累计误差优于5微米;1560毫米长超零级V型导轨,直线度误差有0.1秒;长行程、重载荷定位技术,工作台定位误差3nm等等。

经过8年艰苦攻关,项目组攻克18项关键技术,取得9项创新性成果,研制出一套大型高精度光栅刻划系统,并成功研制出面积达400mm500mm的世界上面积最大的中阶梯光栅,我国几代光栅人终于圆梦成真。 该成果填补国内空白,也标志着我国大面积高精度光栅制造中的相关技术已达到国际水平。验收评审专家对该项目取得的成果给予了充分肯定,认为光栅刻划系统和光栅都达到了项目实施方案的技术指标,一致同意项目通过验收。

大型高精度光栅刻划系统以及大面积中阶梯光栅的研制成功,不仅打破了我国大型光学系统、远程探测与识别等大科学装置以及国家战略高技术领域所需要的高精度大尺寸光栅受制于人的局面,而且能促进我国光谱仪器行业摆脱有器无心局面,帮助我国光谱仪器产业改变低端化现状、提升拓展国际市场的能力。

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