软X射线—真空紫外反射率计

软X射线-真空紫外反射率计系统由光源、单色仪、反射率计、电子学及微机控制系统等几部分组成。可完成各种光学镜面、光栅、成像系统等的性能评价工作,反射率计真空室直径φ800mm,长1200mm,工作波段25～100nm,更换光源和探测器可扩展到1～250nm,角分辨率0.03°,扫描范围0～90°。     

小型的高精度软X射线-极紫外反射率计

针对探月二期工程中的有效载荷之一极紫外相机中的多层膜光学元件高精度反射率测量的需要,建立了一台使用液体靶激光等离子体光源的小型软X射线-极紫外波段反射率计。该反射率计主要由激光等离子体光源、Mcpherson 247动狭缝掠入射单色仪及相关的数据采集系统组成。单色仪波段范围1-125nm,光谱分辨率小于0.08nm。无碎屑的液体靶激光等离子体光源的使用避免了光学元件的损坏,而动狭缝掠入射单色仪的使用则提高了光谱分辨率和波段范围。使用该反射率计实测了工作波长为13.5nm和30.4nm的Mo/Si多层膜的反射率,测量结果表明测量重复性优于±0.5%。     

超光滑表面软X射线光学元件的加工工艺与检测

本文叙述了工作在软X射线波段的光学元件的加工工艺与检测。谈到研究目的、背景和我国的研究概况。着重介绍了长春光机所近期工作的新进展。作者结合实例介绍了超光滑加工工艺方法、特点和超光滑表面粗糙度及面形的检测。测量结果表明,表面粗糙度优于0.5nm RMS,达到了世界先进水平。文章最后提出了今后三年的研究课题与目标。     

空间RB-SiC反射镜的表面离子辅助镀硅改性技术

针对空间用RB-SiC材料由Si\SiC两相结构引起的光学表面缺陷问题,提出了表面离子辅助沉积（IAD）硅膜的改性新方案以优化RB-SiC光学表面反射率。对厚度为10µm的IAD-Si改性层的主要性能研究显示：IAD-Si膜层为非结晶结构,能够提供较好的抛光表面,在77K-673K的热冲击下膜层稳定性良好。以Si膜的抛光机理为依据对IAD-Si改性层进行了大量抛光工艺实验和表面质量测试,给出了关键的抛光工艺参数和实验结果。通过表面IAD-Si改性及本文提出的改性层超精加工技术能够在反射镜表面得到面形精度的RMS值低于1/20λ(λ=632.8nm)且表面粗糙度的RMS值低于0.5nm的超光滑表面;与改性前相比,反射镜改性层抛光表面在360-1100 nm 波段的反射率提高了4.5%以上。     

小型高精度软X射线-极紫外反射率计

针对探月二期工程中的有效载荷之一极紫外相机中的多层膜光学元件反射率测量的需要,搭建了一台使用液体靶激光等离子体光源的小型软X射线一极紫外波段反射率计。该反射率计主要由激光等离子体光源、Mcpherson247动狭缝掠入射单色仪及相关的数据采集系统组成。单色仪工作波段为1～125nm,光谱分辨率〈0．08nm。无碎屑的液体靶激光等离子体光源的使用避免了光学元件的损坏,而动狭缝掠入射单色仪的使用则提高了光谱分辨率和波段范围。使用该反射率计实测了工作波长为13．5nm和30．4nm的Mo／Si多层膜的反射率,测量结果表明测量重复性优于±0．5％,实现了对多层膜反射率的高精度测量。     

软X射线多层膜设计中表面粗糙度对反射率的影响

给出了一种改进的软X射线波段的多层膜设计方法.在设计过程中,考虑了反射镜基底和各膜层之间的均方(RMS)粗糙度对反射率的影响 ;在Stearns提出的散射理论的基础上给出了粗糙界面的数学模型.文中以波长为λ=1.03nm的软X射线为例进行设计,设计结果表明 :要使波长为λ=1.03nm的多层膜的反射率大于10%,反射镜基底的均方粗糙度不应超过0.6nm.实验中选择几块表面粗糙度为 0.5nm(RMS)的熔石英平面镜作为基底来制作适用于该波长的、层对数超过70的多层膜.然后在的入射角下测量反射率,测得的值为10%,这与采用本设计方法得到的计算结果一致.该反射镜作为X射线谱仪的分光元件被应用于惯性约束聚变(ICF)的过程诊断中.     

18.2nm Schwarzschild显微物镜用多层膜带宽匹配问题分析

软X射线多层膜的进展使正入射高分辨率成像系统从红外、可见和紫外扩展到软X射线波段.由于软X射线多层膜的反射率还不能像其它波段反射镜反射率那样高,因此由两块同心球面反射镜组成的Schwarzschild物镜在软X射线波段得到了广泛的应用.本文从多层膜带宽匹配条件、Schwarzschild显微物镜的几何尺寸和多层膜镀制设备的性能出发,研究了实现Schwarzschild显微物镜带宽匹配条件的镀膜过程,为实际制备Schwarzschild显微物镜用多层膜提供理论指导.     

18.2nm Schwarzschild显微物镜用多层膜带宽匹配问题分析

软X射线多层膜的进展使正入射高分辨率成像系统从红外、可见和紫外扩展到软X射线波段。由于软X射线多层膜的反射率还不能像其它波段反射镜反射率那样高,因此由两块同心球面反射镜组成的Schwarzschild物镜在软X射线波段得到了广泛的应用。本文从多层膜带宽匹配条件、Schwarzschild显微物镜的几何尺寸和多层膜镀制设备的性能出发,研究了实现Schwarzschild显微物镜带宽匹配条件的镀膜过程,为实际制备Schwarzschild显微物镜用多层膜提供理论指导。     

用Si光电二极管标定软X射线探测器

为了实现软X射线波段光源相对光谱分布的测量,引进了一种利用新型软X射线波段传递标准探测器—Si光电二极管对软X射线探测器进行标定.标定了软X射线波段光谱测量实验中常用的探测器—通道电子倍增器在放大电压为1.3kV时的量子效率,并对实验结果进行了分析,得出在8～30nm波段内探测器标定误差为5.7%～8.9%.     

软X射线界面传输特性及应用研究

对软X射线与界面相互作用的规律进行初步研究,给出了软X射线界面散射的一级近似一般理论推导,从中给出了粗糙界面软X射线的散射传输特性,表明在粗糙表面上软X射线的镜向反射系数,需要做与粗糙度有关的数学修正。作为形式上的一种方法,本文还给出了粗糙表面对软X射线全反射的动力学模型,以及一维软X射线散射测量粗糙度原理。通过实验测量了λ=243Å,256Å时具有超光滑表面的Mo,Si样品之反射率和λ=44.6Å时石英超光滑样品的反射率。采用镀碘化铯的方法,使“真空紫外-软X光反射率计”的可测量短波长从200Å降至10Å.对44.6Å进行了散射测量,可以明显看到软X射线的非正常反射现象;还对积分散射测粗糙度方法进行了初步研究。最后给出了X线聚焦装置的理论公式和设计实例。     

极紫外（EUV）单色仪波长定标

本文给出了一种新的EUV单色仪定标方法：通过测量标准气体He空阴极光源的30.38nm和58.43nm两条发射光谱和标定过的中心波长为13.90nm Mo/Si多层膜反射镜的反射率峰值位置,对Mcpherson247型EUV单色仪进行波长定标,将所定的标准点在单色仪的运动轨迹上作了相应的标识,并用Origin软件进行处理,利用一元二次方程得出拟合曲线。对标定结果作了分析,得出了在1nm～120nm波段内,用激光等离子体光源软X射线反射率计测量多层膜反射镜反射率时,测量准确度为0.08nm,测量重复性为±0.04nm。     

极紫外单色仪波长定标

给出了一种新的极紫外(EUV)单色仪定标方法.通过测量标准气体He空阴极光源的30.38和58.43nm两条发射光谱和标定过的中心波长为13.90nm的Mo/Si多层膜反射镜的反射率峰值位置,对Mcpherson247型EUV单色仪进行波长定标,将所定的标准点在单色仪的运动轨迹上做了相应的标识,并用Origin软件进行处理,利用一元二次方程得出拟合曲线.对标定结果做了分析,得出了在12～60nm波段内,用激光等离子体光源软X射线反射率计测量多层膜反射镜反射峰值位置时,测量准确度为0.08nm,测量重复性为士0.04nm.测量误差主要来源是光源的不稳定性和机械转动误差.     

A compact Schwarzschild soft X-ray microscope with a laser-produced plasma source

A compact Schwarzschild soft X-ray microscope using a laser-produced plasma soft X-ray source has been developed. The laser-produced plasma source, which is small but of high brilliance, has made it possible to use the soft X-ray microscope in a small laboratory. The microscope is composed of a Schwarzschild objective and a grazing incidence mirror condenser. Image contrast for biological specimens in soft X-ray regions is investigated briefly. It is possible to observe the fine structures of a thin specimen at a wavelength of 15 nm; at this wavelength high-contrast images of biological specimens have been obtained with a single laser shot of pulse width of 8 ns at a resolution of 0·3 μm. The resolution of the system is limited by the detector.     

不同本底真空度下SiC/Mg极紫外多层膜的制备和测试

为研究不同本底真空度对SiC/Mg极紫外多层膜光学性能的影响,利用直流磁控溅射方法在不同本底真空度条件下制备了峰值反射波长在30.4 nm的SiC/Mg周期膜.X射线掠入射反射测试结果表明,不同本底真空度条件下制备的SiC/Mg周期多层膜膜层质量有明显差异.用同步辐射测试了SiC/Mg多层膜在工作波长处的反射率,结果表明,本底真空度为6.0×10~(-5) Pa时,SiC/Mg周期膜反射率为43%,而本底真空度在5.0×10~(-4) Pa时,SiC/Mg多层膜反射率仅为30%.同步辐射反射曲线拟合结果表明,反射率随着本底真空度降低是由多层膜Mg膜层中的Mg氧化物含量增多造成的.     

Multilayer optics for the EUV and soft X-rays

1Introduction Engineersandscientistsinfieldsasdiverse asmicrolithographyandspaceastronomyhavea commonneedtouse“light”rangingfromEUV tothesoftX rayregion.Theextremeultraviolet andsoftX rayspectralregionliebetweentheul travioletandthehardX rayregionsoftheelec tromagneticspectrum.Inspiteofthesmooth transitionsbetweenthespectralsubdivisionsit’s worthtodefineroughlytheirapproximatebor ders[1]:extremeultravioletEUV～50nmto～5nm～25eVto～250eV,softX rayregion～5nmto～0.2nm～250eVto～6keV.The…     

软X射线光学技术的某些进展

本文主要介绍软X射线等离子体光源、多层膜软X射线反射镜和软X射线显微镜。高强度的实验室用软X射线等离子体光源较之同步辐射具有体积小、造价低、光束大和单位脉冲光通量高等优点。最近发展的多层镀膜用于软X射线正入射光学元件,可以得到比掠入射光学元件好得多的分辨率。软X射线显微镜提供了生物样品分析的一种新工具,它填补了常用的光学显微镜和电子显微镜之间的空隙。     

使用感应电荷位敏阳极的极紫外单光子计数成像系统

研制了用于月基极紫外成像相机的二维极紫外位敏阳极光子计数成像探测器原型样机,该探测器系统主要由工作在脉冲计数模式下的微通道板堆、楔条形感应位敏阳极及相关的模拟和数据处理电路组成。设计和制备了周期为1.5mm,有效直径为47 mm的三电极楔条形位敏阳极,研制了最高计数率为200 kHz的前端模拟和数字电路。测量了探测器的暗计数率、脉冲高度分布、增益、线性及空间分辨率等工作特性。测量结果表明,探测器的空间分辨率为7.13 lp/mm(即0.14 mm),满足月基极紫外相机对空间分辨率的要求。     

极紫外宽带多层膜反射镜离散化膜系的设计与制备

极紫外(EUV)宽带多层膜的光谱性能对膜厚控制精度要求较高,仅由时间控制膜厚的镀膜系统难以满足其精度控制要求。本文提出了基于进化算法的宽带EUV多层膜离散化膜系设计方法,与传统膜系设计相比,离散化膜系所制备多层膜具有更为优良的EUV反射光谱性能。为验证离散化膜系设计在宽带EUV多层膜研制中的优越性,采用磁控溅射方法对具有离散化膜系的宽带多层膜反射镜进行了制备和测试。测试结果表明:研制的宽角度多层膜反射镜可实现入射角带宽为0°～17°,高于41%的反射率;研制的堆栈宽角度多层膜反射镜可实现入射角带宽为0°～18.5°,高于35%的反射率;研制的宽光谱多层膜反射镜可实现波长带宽为12.9～14.9 nm,高于21%的反射率。     

Single-point diamond turning of electroless nickel for flat X-ray mirror

X-ray mirrors require a super-smooth surface to prevent strong X-ray scattering. We examined the fabrication possibility of the X-ray mirror by single-point diamond turning (SPDT) for electroless nickel. The stable and unstable cutting modes for the electroless nickel were obtained by observing the relative position of a diamond tool for machining. A super-smooth surface of 0.95 nm rms was achieved within the stable cutting mode. The surface roughness of the electroless nickel mirror measured with an optical profiler was compared with the X-ray reflectivity measurement. The electroless nickel mirror could be successfully used as a soft X-ray reflector and a low-pass filter for the hard X-rays.