一种设计真空紫外高反膜的新方法

在真空紫外强吸收波段采用"逐层"(LBL)设计法。通过阐述"逐层"设计的理论基础和膜材选择的基本原则,运用MatLab软件,用解析加复平面作图法设计了对应于50～200nm波段的高反膜系。以熔融石英基底上硅、碳组成的膜系为例,用这种设计方法获得的平均反射率最高可达64%。对比常规周期多层膜,这种设计法可以明显地提高强吸收波段的反射率。     

软X射线共振反射方法表征Sc/Si多层膜界面化合物成分的计算研究

Sc/Si周期多层膜是极紫外波段的重要材料,但膜层界面处材料原子间的扩散与化合反应严重影响了多层膜反射率。为了无损表征多层膜界面化合物的成分,利用软X射线共振反射的方法,研究了Sc/Si多层膜界面化合物成分。在Si的L吸收边附近,计算了不同周期厚度以及不同界面硅化物成分的Sc/Si多层膜的共振反射率。结果表明,界面硅化物成分不同的膜系在Si的L边处的反射率有明显差异,并且反射率随着膜层中Si化合反应的消耗而降低,证实了软X射线共振反射方法在亚纳米尺度下对化合物的成分进行无损分析的可行性,为后续的实验研究提供参考。     

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。     

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.     

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.     

亚波长周期结构与多层增透膜反射特性的比较

为解决光学系统中普遍存在的菲涅耳反射问题,利用严格耦合波法设计、分析了一种三维轮廓亚波长结构,然后把计算结果同多层反射膜的增透特性进行了比较,结果表明该结构在很宽的波段上尤其是远红外波段上的抗反射特性要远远好于多层膜,其反射率基本上能控制在0.2%以内;并且这种结构反射率的变化随入射光波入射角的偏离在40°以内能保持在1%以下,而多层膜只能在30°以内勉强做到这一点。     

宽带平坦型软X射线多层反射膜的设计

提出一种宽带平坦型软X射线多层反射膜的设计方法。给出了18nm 20nm波段的设计结果,整个波段的反射率与25%的最大偏差小于1.5%.这种方法对于软X射线波段的成像、光谱分析等应用有重要意义。     

具有更低折射率比的全向高反膜的设计

对于λ/4膜系,如欲实现宽带全向反射,宜采用高折射率比的镀膜材料,讨论了在低折射率比条件下的全向高反膜。借助Filmstar膜系设计软件对所设计的几种初始膜系进行了优化,并分析了材料折射率和吸收以及膜厚误差对优化结果的影响。在此基础上,采用高斯分布的初始膜系,优化设计了高低折射率分别为2.16和1.44的全向高反膜。它在530nm处对任意入射角都具有98%以上的反射率,并在530nm～560nm波段内对从0°～60°入射的光具有99%以上的反射率。     

氮气反应溅射制备软X射线Co/Ti多层膜

针对"水窗"波段(280~540eV)对多层膜反射镜的应用需求,在Ti的L吸收边(452.5eV)附近,优化设计了Co/Ti多层膜的膜系结构。计算了不同界面粗糙度条件下的反射率,结果显示,界面粗糙度对多层膜反射率有较大影响。采用直流磁控溅射方法在超光滑硅基片上制备了Co/Ti多层膜,通过将氮气引入原有的溅射气体氩气中作为反应气体,明显减小了制备的多层膜的界面粗糙度。利用X射线掠入射反射实验和透射电子显微镜测试了多层膜结构,并在北京同步辐射装置(BSRF)3W1B实验站测量了不同氮气浓度下多层膜的反射率。结果显示,氮气含量为5%的溅射气体制备的多层膜样品反射率最高,即将纯氩气溅射制备得到的反射率9.5%提高到了12.0%。得到的结果表明,将氮气加入反应溅射气体可以有效改善Co/Ti多层膜的性能。     

氮气反应溅射制备Co/Sb多层膜研究

针对"水窗"波段(280~540eV)对多层膜反射镜的应用需求,在Sb的M5吸收边(525.5eV)附近,选择Co和Sb作为该能点的多层膜材料组合,优化设计膜系结构。采用直流磁控溅射方法制备了Co/Sb多层膜,通过在溅射气体氩气中引入氮气作为反应气体,多层膜界面粗糙度明显减小。利用X射线掠入射反射(GIXRR)测试多层膜结构,并在北京BSRF同步辐射3W1B实验站测量了反应溅射前后的多层膜反射率(SXR),结果表明:氮气含量为25%时的界面粗糙度最小,反射率从无反应溅射的7.2%提高到11.7%。     

28.4nm和30.4nm波段的C/Si多层膜

对于宇宙的探讨,特别是对太阳大气层的研究,需要用Ｘ射线、极紫外及远紫外波段望远镜来观测。我们报道了一种新的材料组合Ｃ／Ｓｉ用于２８．４ｎｍ（４３．６５ｅＶ）和３０．４ｎｍ （４０．７８ｅＶ）波段的多层膜反射镜,并且用离子束溅射装置制备了正入射条件下的Ｃ／Ｓｉ多层膜反射镜。同时,我们用软Ｘ射线反射计测量了其反射率,在正入射条件下测得最大反射率达１４％ （３０．４ｎｍ ）。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

最小膜层厚度对X射线非周期多层膜光学性能的影响

选用能制备小周期的钨/硅(W/S i)作为膜层材料对,着重研究最小膜层厚度对X射线非周期多层膜光学性能的影响。基于矩阵法计算多层膜反射率和单纯形数值优化方法,设计了入射光子能量为8.0keV,掠入射角的宽度分别为0.85°~1.10°,1.40°~1.70°的X射线超反射镜。结合实际实验制备技术,考虑了W/S i两种膜层材料的最小成膜厚度,确定了膜堆中最小膜层厚度为0.5nm~1.0nm。通过改变最小膜层厚度的值,优化设计了上述条件下的非周期多层膜并对其光学性能进行比较。结果表明:同一个工作波长下,随着多层膜工作角度(掠入射)的增加,膜堆中膜层的厚度减小,最小膜层厚度对其光学性能的影响增加,其光学性能变差。     

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%。