改进型量子进化算法在宽带EUV多层膜设计中的应用

为提高基于量子进化算法(QEA)在宽带极紫外(EUV)多层膜设计中的求解效率和精度,本文利用宽带多层膜的光学性能评价函数的梯度信息改进QEA,建立具有明确进化方向的适用于宽带EUV多层膜设计的改进型量子进化算法(IQEA)。对比分析了基于IQEA和QEA的宽带Mo/Si多层膜的膜系设计过程和结果,结果表明,基于IQEA的多层膜膜系设计理论方法具有更优越的求解效率和精度;同时,IQEA同样可以小种群规模进行多参数优化。基于IQEA的宽带Mo/Si多层膜的设计理论实现了包括入射角为0°~18°,反射率达50%的宽角度多层膜,以及反射光谱带宽为13~15nm,反射率达25%的宽光谱多层膜的设计。基于IQEA的宽带高反射率EUV多层膜的理论膜系设计方法为复杂多层膜的理论设计提供了一种可供选择的高效膜系设计方法。     

极紫外Mg/SiC、Mg/Co多层膜的稳定性

采用磁控溅射法在Si(100)基底上镀制了膜系结构分别为[Mg/Co]20、[Mg/SiC]20的两组多层膜,以研究Mg基多层膜的稳定性.对放置在室温和80％相对湿度环境下的样品进行显微镜、表面粗糙度和X射线掠入射反射率测试,对比研究了Mg/Co和Mg/SiC两种多层膜结构在相同环境中的损坏状况.对比结果显示:放置4天后,Mg/SiC损坏面积为26.34％,表面粗糙度为10 nm; Mg/Co的损坏面积为2.78％,表面粗糙度为5 nm.6天后,X射线掠入射反射率测量显示Mg/SiC多层膜一级反射峰完全消失,而Mg/Co多层膜的一级反射峰仍有47.63％的反射率.实验表明,Mg/Co多层膜的表面层和内部多层膜结构的损坏速度较Mg/SiC慢,具有较好的环境稳定性.另外,X射线光电子谱(XPS)测试Mg基多层膜损坏后的产物主要为MgCO3、Mg(OH)2和少量的MgO,且内层Mg(OH)2与MgCO3含量的比值显著高于表面层.分析认为,水汽是造成Mg基多层膜损坏的主要原因,今后Mg基多层膜保护层的研究可主要针对如何防止水汽进入膜层.     

极紫外宽带Mo/Si非周期多层膜偏振光学元件

研究了极紫外宽带多层膜偏振光学元件,包括反射式检偏器与透射式相移片。基于Mo/Si非周期多层膜结构,采用解析与数值优化相结合的方法进行了多层膜的设计;采用磁控溅射技术制备了多层膜。利用X射线衍射仪对非周期多层膜的结构进行了表征,利用德国BESSY-II同步辐射实验室的偏振测量仪对多层膜的偏振特性进行了测试。测量结果表明,在13~19 nm波段,s偏振分量的反射率高于15％;在15~17 nm波段,获得了37％的反射率。宽带多层膜同样可作为宽角偏振光学元件,在13.8~15.5 nm波段,宽带透射相移片的平均相移为41.7°。采用所研制的宽带多层膜相移片与检偏器,建立了宽带偏振分析系统,并对BESSY-II的UE56/1 PGM1光束线的偏振特性进行了系统研究。这种宽带多层膜偏振光学元件可以极大地简化极紫外偏振测量。     

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.     

不同本底真空度对SiC/Mg极紫外多层膜性能的影响

摘要：为研究SiC/Mg极紫外多层膜光学性能随制作时不同本底真空度的变化,利用直流磁控溅射方法在不同本底真空条件下制备了峰值反射波长在30.4nm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,本底真空度为6.0E-5 Pa时的SiC/Mg周期膜反射率为43%,而本底真空度在5.0E-4 Pa时的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的原因是由于多层膜Mg膜层中Mg的氧化物含量增多造成的。     

13.9nm和19.6nm正入射Mo/Si多层膜反射镜反射率的测量

根据理论模拟计算并设计了分别工作在13.9nm类镍银和19.6nm类氖锗两种X射线激光的Mo/Si多层膜,将自行设计的小型反射率计安装在Mcpherson247单色仪出射狭缝附近,组成以铜靶激光等离子体辐射源作为极紫外光源的反射率测量装置,对研制的Mo/Si多层膜反射镜的反射率进行了测量。实验结果显示,中心波长分别是13.91nm和19.60nm,相应反射率分别是41.9%和22.6%,半宽度分别是0.56nm和1.70nm,中心波长和半宽度与理论值基本一致。为了全面了解多层膜的性能,用WYKO测量多层膜的表面粗糙度,13.9nm和19.6nmMo/Si多层膜的表面粗糙度分别是0.52nm和0.55nm。     

C/Al软X射线多层膜反射镜的制备与测量

在λ＝ ２８．５ｎｍ 波长处,我们选择了一种新的多层膜材料对Ｃ／Ａｌ。正入射Ｃ／Ａｌ多层膜在１５．０ｎｍ 附近有很低的二级衍射峰。磁控溅射法制备的Ｃ／Ａｌ多层膜样品,用Ｘ射线小角衍射法对其结构进行了测试,并测得Ｃ／Ａｌ软Ｘ射线多层膜的正入射反射率２２％ ±４％ 。     

亚四分之一波长宽波段多层膜的设计

简要阐述了强吸收波段亚四分之一波长多层膜的设计方法。这种膜系是由强吸收材料叠加而成,每层膜光学厚度小于四分之一个波长。与常规周期多层膜相比,这种膜系更适用于提高强吸收波段的反射率。利用该方法设计了50nm~110nm波段宽带高反膜的初始膜系,通过Levenberg-M arquart方法对初始膜系进行优化,从而得到宽波段的平坦反射率,其平均反射率达到45%。     

大型X射线光学仪器:单层镜和多层镜的制造与表征

150~500 mm长度的各种X射线光学元件可用于光束导引,光束调整,以及单色化。本文介绍了两种不同的大型X射线反射镜。第一种为单层反射镜,这种反射镜以2°掠入射角在软X射线区(50~200 eV)起全反射镜作用,可用于自由电子激光器,如德国汉堡的FLASH。第二种是多层镜,由于它的布喇格反射特性,适于作为反射镜以0.4~1°的入射角用于硬X射线区(20~50 keV),如层析光束线的同步辐射存储环中。两种反射镜都用最新物理汽相淀积法制备,并用磁控溅射来实现X射线光学应用所需要的优良光学品质。这一淀积工艺使不同批次的镀膜稳定性良好,有利于实际反射镜在优质衬底上的最后淀积。单层镜和多层镜在它们的相关能量范围内都有很高的反射率,表面粗糙度也很低,且在整个光学波长区这些特性表现均匀。文中所叙相关研究都是借助X射线反射计量(XRR)法,透射电子显微镜(TEM)、光学轮廓仪(OP),以及原子力显微镜(AFM)完成的。     

可见光和近红外区域宽带超材料吸收器的设计

电磁波吸收器是一种能够吸收和湮灭电磁波的装置,广泛应用于军事、科技和人民生活的各个领域。基于超材料的吸收器由于其强大的吸收电磁波的能力、超薄特性以及设计的灵活性而受到广泛关注。但此类吸收器存在带宽窄的问题,因此,设计了一种基于金属–介电–金属（metal-dielectric-metal,MDM）结构的宽带超材料吸收器。对其吸收原理和物理机制进行了分析,并对其结构参数进行了仿真模拟。结果表明,超材料吸收器对于490～1 790 nm的入射光的吸收率高于80%,平均吸收率可达90%,最佳工作角度为30°。此外,通过修改单元结构的对称性,可以实现偏振相关调控。所提出的超材料吸收器非常适合于太阳能光伏、光通信、滤波和传感等方面的应用。     

Research of multilayers in EUV;soft X-ray and X-ray

1Introduction Thesurfacereflectivityofeverymaterialfor radiationatwavelengthsbelow30nmatnormal incidenceisalmostzero.Inordertogetan enoughreflection,opticalcomponentsadopt grazingangularincidencebecauseatsmallinci dentangleshighreflectivitycanbeobtainedin conditionoftotalreflection.Thegrazinginci denceopticsisgenerallycomplextoalign.Mo reover,thegreatmagnitudeofaberrationslimits theirspatialresolution.Highreflectivitycanbe gotatnormalincidenceintheextremeultraviolet(EUV)andsoftX rayregionand…     

宽波段全息-离子束刻蚀光栅的设计及工艺

设计和制作了一种在同一基底上具有多闪耀角的宽波段全息-离子束刻蚀光栅。提出了组合形成宽波段全息-离子束刻蚀光栅的分区设计方法,优化了3种闪耀角混合的宽波段全息光栅设计参数,并利用反应离子束刻蚀装置对该光刻胶掩模进行刻蚀图形转移,采用分段、分步离子束刻蚀技术开展了获得不同闪耀角的离子束刻蚀实验。最后在同一光栅基底上分区制作了位相相同,并具有9,18,29°3个不同闪耀角,口径为60mm×60mm,使用波段为200~900nm的宽波段全息光栅。衍射效率测试结果显示其在使用波段的最低衍射效率超过30%,最高衍射效率超过50%,实验结果与理论计算结果基本符合。与其它方式制作的宽波段光栅相比,采用宽波段全息-离子束刻蚀光栅不但工艺成熟,易于控制光栅槽形,而且光栅有效面积尺寸较大,便于批量复制。     

类镍钽软X射线激光用多层膜反射镜的研制

设计并制备了工作波长为4.48 nm类镍钽软X射线激光用多层膜反射镜。选择C r/C、C r/Sc为多层膜材料对,模拟了多层膜非理想界面对多层膜反射率的影响。采用直流磁控溅射技术在超光滑硅基片上制备了C r/C、C r/Sc多层膜。利用X射线衍射仪测量了多层膜结构,在德国Bessy II同步辐射上测量了多层膜的反射率,C r/C,C r/Sc多层膜峰值反射率分别为7.50%,6.12%。     

极紫外与软X射线非周期多层膜优化设计及初步研制

以周期膜理论为基础 ,改进了已有的设计方法 ,通过采用随机数的方法 ,发展了一种普适的多层膜设计方法 ,这种方法除可设计一般的周期多层膜 ,更重要的是它可以根据选定评价因子 ,设计不同要求的非周期多层膜。根据实际要求 ,完成了积分反射率最大多层膜、宽带平坦型多层膜、校正光源发射不均匀性多层膜和选波长多层膜等。这些多层膜各有特点 ,可满足不同应用的要求。用磁控溅射方法对一种宽带多层膜进行了制备。最后的 X射线衍射测量和反射率的相对测试表明 ,与周期膜系相比 ,非周期多层膜的带宽展宽 ,反射率积分值增加 ,但峰值反射率略有降低。