13．9和19．6nm正入射Mo／Si多层膜反射镜的反射率测量

为了进一步研究13.9nm类镍银和19.6nm类氖锗X射线激光,制备了工作在上述两个波长的Mo/Si多层膜反射镜.设计了结构简单、操作方便的小型反射率计,将其安装在Mcpherson247单色仪出射狭缝附近,以铜靶激光等离子体辐射源为极紫外光源,组建了一套适合反射率测量的实验装置,利用此装置测量了实验室制备的多层膜反射镜的反射率.测量之前对单色仪进行了标定并对光源稳定性进行了测量,结果显示,波长准确度是0.08nm,光源信号抖动范围＜5%,光源稳定性好.反射率测量结果显示,实验室能够制备出中心波长分别是13.91和19.60nm的Mo/Si多层膜反射镜.相应反射率分别为41.9%和22.6%,半宽度为0.56和1.70nm.同时还用WYKO测量得到13.9和19.6nmMo/Si多层膜的表面粗糙度分别为0.52和0.55nm.     

长春光机所软X射线-极紫外波段光学研究

综述了我所软X射线-极紫外波段关键技术的研究进展。描述了软X射线-极紫外波段光源技术,研制了工作波段为6~22 nm的微流靶激光等离子体光源;介绍了光子计数成像探测器技术,研制出了有效直径为25 mm,等效像元分辨率为0.3 mm的极紫外波段探测器;开展了超光滑表面加工、检测技术的研究,研制了超光滑表面抛光机,加工出高面形精度的超光滑表面,面形精度为6 nm(RMS值),表面粗糙度达0.6 nm(RMS值);进行了软X射线-极紫外波段多层膜技术的研究,研制出13 nm处反射率为60%的多层膜反射镜,150 mm口径反射镜的反射率均匀性优于±2.5%;最后,讨论了软X射线-极紫外波段测量技术研究,研制出该波段反射率计,其测量范围为5~50 nm,光谱分辨率好于0.2 nm,测量重复性好于±1%。在上述关键技术研究基础上,研制出了极紫外波段成像仪和空间极紫外波段太阳望远镜,这些仪器在我国空间科学研究项目中发挥了作用。     

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.     

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。     

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%。     

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。     

使用气体靶激光等离子体光源的软X射线反射率计

建立了一台使用气体靶激光等离子体光源的软X射线反射率计,并给出了使用该反射率计测量软X射线多层膜反射率的方法.与金属靶等离子体光源相比,由于使用了气体靶等离子体光源,该反射率计具有低碎屑、可长期连续运行等优点.针对单色仪的二级光谱对反射率测量结果产生的影响,提出了修正方法.并用此方法对实测的工作波长为17.1nm软X射线多层膜的反射率曲线进行了修正.     

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。     

X射线超反射镜的设计与制备

介绍了一种可用于X射线成像望远镜中的高能X射线反射元件的设计和制备。结合Spiller和Yamamoto方法选择了W、C作为膜层材料,用Yamshita设计方法给出初始膜系,经单纯形调优算法设计出掠入射角为8.7mrad时,对波长范围在0.0475nm～0.0886nm范围内的X射线计算反射率达21%宽波段X射线超反射镜。样品采用高精度磁控溅射方法制备,并用X射线衍射仪(XRD)测得在8.7mrad～15.7mrad内反射率为15%左右。     

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.     

一种提高空间用RB-SiC基底反射镜表面改性效果的有效方法

为了满足空间应用中大口径、复杂轻量化结构的RB-SiC基底反射镜对高性能表面质量的应用需求,针对RB-SiC基底的特性,改进了表面改性工艺方法。采用高能量考夫曼离子源辅助,预先对基底进行碳化和加镀C缓冲层,并制备Si改性涂层的方法对RB-SiC基底进行了表面改性。测试结果表明：与单纯霍尔离子源辅助方法相比,此工艺方法制备的Si改性涂层生长得更加致密、均匀,抛光特性良好;改性抛光后表面粗糙度（rms）降低到0.635nm,已达到S-SiC基底的水平;改性后RB-SiC基底的反射率明显提高,已经达到抛光良好的微晶玻璃的水平。结果表明该工艺方法是提高RB-SiC基底表面改性效果的一种十分合理有效的方法。     

Manufacturing and testing of X-ray imaging components with high precision

1Introduction X rayimagingtechnologyhasbeenoneof themostimportantresearchcontentssince RoentgendiscoveredX rayin1895.Initially,X raywasusedtostudytheinternalstructureof substancesbycontactradiography.Thespeci menisplacedincontactwithaphotographicfilm duringtheX rayexposure.Theimageofthe specimenisdisplayedafterdeveloping.The methodhasbeenuseduntilnow,anditiswidely appliedinmedicaltreatmentandinnerflawsde tectionofindustrialmaterials.Sincetherefractiveindicesofmaterialsin X rayrangearelowert…     

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.     

空间相机反射镜碳化硅材料性能测试

通过对SiC样件加工研磨及反射率等性质的测试,得到了材料的性能数据,分析了用SiC材料制备反射镜毛坯的几种方法的优缺点。采用Lanmda-9分光光度计,对SiC在不同表面镀硅、镀银、以及镀硅后再镀银的条件下进行了反射率测试,得出在镀硅再镀银条件下,反射率最高,达到98%的结果。利用Wyko干涉仪对国产SiC长条形样镜进行研磨分析测试,测得表面粗糙度值为6.27 nm。该材料在某型号离轴三反光学系统中作为反射镜得以应用和验证,测得被加工后,镜面面形PV值达到0.068 λ,RMS值为0.01 λ(λ=632.8 nm)。此结果表明,材料的性能达到了可加工可应用的要求。     

反应连接230mm口径RB-SiC反射镜

针对传统工艺难以制备口径大于1.2m的整块反射镜的问题,提出了反应连接制备大口径RB-SiC反射镜的工艺。该工艺在素坯阶段实现连接,一次反应烧结完成坯体的致密化和镜体的连接。采用该工艺制备了230mm口径的RB-SiC反射镜,并使用FSGJ-2光学数控机床对反射镜进行了研磨、粗抛光和精抛光加工,其镜面面形精度RMS值达到了λ/50(λ=632.8nm)。在环境温度(20±3)℃检测了连接反射镜,其面形变化RMS值小于λ/300,热循环试验前后连接反射镜面形没有明显变化;连接镜体表面在焊缝处粗糙度Ra<3.3nm,连接层与基体的显微结构基本相似,热性能相匹配。研究结果表明,用新型反应连接技术制成的RB-SiC反射镜可以满足空间光学应用要求。     

应用双摆动技术加工离轴碳化硅反射镜

研究了用双摆动技术抛光离轴非球面的工艺。介绍了用双摆动抛光加工离轴非球面的原理,分析了双摆动抛光过程中抛光盘与工件的相对运动特性及各个工艺参数对相对运动路径的影响。建立了双摆动抛光运动的数学模型,进行了计算机仿真,并对不同参数下的仿真结果进行了比较。给出了抛光模形状模型,实验验证了不同形状抛光模的材料去除特性。应用双摆动技术加工了一个224mm×108mm离轴碳化硅反射镜,结果显示:应用该技术加工离轴非球面镜可以有效抑制光学表面中频误差,具有较高的材料去除效率,面形精度可以稳定达到λ/30(rms,@633nm)。因此,双摆动抛光技术的研究有助于推动离轴非球面制造技术的发展。     

表面改性非球面碳化硅反射镜的加工

为了获得高质量光学表面的非球面碳化硅(SiC)反射镜,对碳化硅反射镜表面改性技术以及离子束辅助沉积(IBAD)Si改性后的非球面碳化硅反射镜的加工技术进行研究。首先,简要介绍了碳化硅反射镜表面改性技术以及本文所采用的离子束辅助沉积(IBAD)Si的改性方法。然后,通过采用氧化铈、氧化铝以及二氧化硅等各种抛光液对离子束辅助沉积(IBAD)Si的碳化硅样片进行抛光试验。试验结果表明氧化铈抛光液的抛光效率较高,使用二氧化硅抛光液抛光后的样片表面质量最好。最后,在上述实验的基础上,采用计算机控制光学表面成型（CCOS）技术对尺寸为650mm×200mm的表面改性离轴非球面碳化硅(SiC)反射镜进行加工,最终的检测结果表明离轴非球面碳化硅(SiC)反射镜实际使用口径内的面形精度（RMS值）优于λ/50（λ=0.6328μm）,表面粗糙度优于1nm（Rq值）,满足设计技术指标的要求。     

固着磨料加工碳化硅反射镜的初步实验研究

本文采用了一种有别于传统的加工碳化硅反射镜的工艺---固着磨料加工工艺。此工艺不但可以利用大颗粒金刚石磨料快速加工出较好的镜面质量,而且由于其固着磨料与工件相对运动关系固定,有利于精确加工。在工艺实验中,分别测得了W7,W5,W3.5,W1.5固着磨料丸片在特定转速和压力下对碳化硅材料的去除特性。通过多组去除量曲线,我们得出此工艺不仅有着较高的去除率,而且其稳定性非常良好。另外在表面粗糙度结果方面,最初使用W7丸片获得了粗糙度为42.758nm rms的镜面。我们不断减小所用丸片的粒度,工件表面粗糙度随之减小。在使用W1.5丸片抛光后,最终获得了粗糙度为1.591nm rms的光滑镜面。实验结果表明,固着磨料加工碳化硅反射镜工艺在某些加工阶段内可以取代传统的散粒磨料加工工艺,有着良好的应用前景。     

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。     

大口径轻质反射镜坯的制造

给出了制造大口径轻质反射镜坯的机械法减重技术及所制造的反射镜坯.在镜坯制造过程中通过计算机辅助设计搜索轻量化加工区域的形状、大小、深度,并对其进行分类标识;编辑TPH(toolpath)轨迹数据文件,编写CNC(comput ernumbercontrol)数控系统的零件加工程序,由数控系统在图形方式下控制实际加工.同时采用化学方法消除加工过程中产生的应力与微小裂纹.加工出的大口径轻质反射镜坯达到设计要求,轻量化率达到65%以上,加工后的非球面面形精度达到0.029λ(rms,λ=633nm).制造过程中在不同支撑状态下,变形量很小,保持了非球面面形精度稳定性,显示出了结构的稳定性.该方法已经成为大口径反射镜制造的关键支撑技术.