常用材料软X射线多层膜的全波段设计

利用薄膜光学理论及材料在软X射线波段的原子散射因子,设计了大批量的软X射线多层膜的计算程序,对常用材料的膜系配对进行了优化设计,给出的结果对软X 射线整个波段内的多层膜膜系的选择有一定的指导意义。     

长波长软X射线多层膜的设计与制备

“长波长软X射线多层膜的设计与制备”这篇论文介绍了用离子束溅射法制备长波长软X射线多层膜的研究工作,并报道了一种新的材料组合C/Si用于28.4nm(43. 65eV)和30.4nm(40.78 eV)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,用软X射线反射计测量了样品的反射率,从实验结果看出,制备的多层膜样品在28.4nm和30.4nm波段附近的实测正入射反射率分别达到11.4%和14.3%,实验指标达到了国内领先水平,并接近了国际水平.     

“水窗”波段3.1～4.4nm用X射线多层膜反射镜的结构与光学性能

软X射线多层膜技术从八十年代起发展至今,对于10nm以上波段制备技术已趋成熟.但是,开发制备高性能水窗波段(2.4～4.4nm)用正入射多层膜反射元件对于现代技术仍然是一大挑战.周期极小(1.2～2.2nm)的X射线多层膜反射镜对界面粗糙度和层间扩散渗透有极其苛刻的要求.即使是一个原子尺度的界面粗糙度都对多层膜     

提高X射线多层膜反射镜的热和辐射稳定性

本文介绍的是Kharkiv州立工业大学金属与半导体物理系在提高X射线多层膜的热和辐射稳定性方面的研究成果.2.为提高1—30nm波段软X射线多层膜稳定性,多层膜材料对的选择非平衡多层膜最基本的劣化机制是:不同材料的膜层间的扩散、混合形成固体、液体或化合物等成分.伴随着多层膜周期厚度的减小,膜层间的扩散混合对多层膜反射镜性能的影响增大.但是在多成分界面的长周期     

波长为1.03nm的掠入射多层膜反射镜的设计

在软x射线短波段1.03nm处的掠入射多层膜反射镜的设计中，本文提出了一种理论设计的修改方法。该方法考虑了基底，膜层界面间的均方根粗糙度与反射率的影响，对界面的数学描述源于D.G.Sterns的散射理论。设计结果表明：要在1.03nm处制做较高反射率（10%）的掠入射多层膜反射镜，基底粗糙度小于0.56nm即可，使用超精加工的粗糙度为0.5nm的基片作为基底，沉积了多层膜反射镜后，其反射率结果是10%，与修改方法结果一致。     

C/Al软X射线多层膜反射镜

在λ=285nm波长处,选择了一种新的多层膜材料对C／Al。与Mo／Si,C／Si软X射线多层膜相比,正入射C／Al多层膜在150nm附近有很低的二级衍射峰。用磁控溅射法制备了C／Al软X射线多层膜样品,并用X射线小角衍射法对其结构进行了测试。     

软X射线多层膜元件研究进展

对各国进行的软Ｘ射线多层膜研究所取得的最新成果给出了比较系统全面的评述，首次给出了文献报道的软Ｘ射线全波段的各种膜系实测正入射反射率的统计结果。     

用于空间太阳望远镜的双波段极紫外反射镜

Fe-IX/X(λ=17.1nm)和He-II(λ=30.4nm)是太阳辐射的两条重要谱线,极紫外(EUV)空间太阳望远镜通常选择这两条谱线对日冕进行观测。为了实现在同一块反射镜对上述两条谱线同时具有较高的反射率,设计了多层膜膜系结构。首先根据极紫外波段选材原则选择了Si、B4C和Mo 3种材料,构成B4C/Si和Mo/Si叠加的两种周期结构,优化其周期数、膜层厚度等,计算了反射率曲线,并从理论验证了其可行性;然后利用磁控溅射镀膜机,在Si片上镀制了多层膜;最后用激光等离子体反射率计检测了样片的反射率,结果显示,在波长17.1nm和30.4nm处的反射率分别达到19.9%和20.2%。通过选择不同滤光片,如Mg、Al/Zr滤光片,可以获得17.1nm或30.4nm单一谱线的反射,实现了设计目标。     

18～20nm正入射宽带多层膜的研究

采用随机数的方法在 18～ 2 0 nm波段设计了积分反射率最大的宽带多层膜 ,理论上得到了高于周期膜系 8%的积分反射率 ,同时带宽与视场范围有明显的展宽 ,并用磁控溅射法进行了初步制备。对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 ,但峰值反射率略有降低。膜厚控制是实验的难点。     

Si间隔层对Al(1wt.%Si)/Zr极紫外多层膜热稳定的作用研究

为了提升Al/Zr多层膜的热稳定性,采用直流磁控溅射方法制备了18个带有不同厚度Si间隔层的Al(1 wt.%Si)/Zr多层膜,并将这些样品分别进行了不同温度(100~500 ℃)的真空退火,退火时间为1 h.利用X射线掠入射反射(GIXR)和X射线衍射(XRD)的方法来研究Si间隔层对Al/Zr多层膜热稳定性的作用.GIXR测量结果表明:随着Si间隔层厚度的增大,Al膜层的粗糙度减小,而Zr膜层的粗糙度增大;XRD测量结果表明:Al和Zr膜层粗糙度的变化是由于退火后膜层中晶粒尺寸不同造成的.相比于没有Si间隔层的Al/Zr多层膜,引入厚度为0.6 nm的Si间隔层可以有效提升Al/Zr多层膜的热稳定性.     

SiC/Mg multilayer reflective mirror for He-Ⅱ radiation at 30.4 nm and its thermal stability

In applications of solar physics, extreme ultraviolet imaging of solar corona by selecting the HeⅡ (λ = 30.4 nm) emission line requires high reflectivity multilayer mirrors. Some material combinations were studied to design the mirrors working at a wavelength of 30.4 nm, including SiC/Mg, B4C/Mg, C/Mg, C/Al, Mo/ Si, B4C/Si, SiC/Si, C/Si, and Sc/Si. Based on optimization of the largest reflectivity and the narrowest width for the multilayer mirror, a SiC/Mg material combination was selected as the mirror and fabricated by a magnetron sputtering system. The layer thicknesses of the SiC/Mg multilayer were measured by an X-ray diffractometer. Reflectivities were then measured on beamline U27 at the National Synchrotron Radiation Laboratory (NSRL) in Hefei, China. At a wavelength of 30.4 nm, the measured reflectivity is as high as 38.0%. Furthermore, a series of annealing experiments were performed to investigate the thermal stability of the SiC/Mg multilayer.     

45°角入射的13.1nm软X射线多层膜的研制

报道了对４５°入射角高反的１３．１ｎｍ软Ｘ射线多层膜反射镜的研制情况。利用在星光装置中进行的软Ｘ射线激光等离子体实验测量多层膜反射率的方法，获得了２６．２％的实测反射率，该反射率已达到理论反射率的７０％。     

Development of Multilayer Optics for the EUV, Soft X-ray and X-ray Regions in Tongji University

1 Introduction The EUV and X- ray optics has been regarded as one of the important fields in modern optics, having many promising applications in next generation lithography system, astronomical telescope, spectroscopy, plasma diagnostics and X- ray laser. However, in the EUV and X- ray regions, the nature of the complex optical con- stants of all materials makes the realization of the ideal optical elements like ones working in visible region im-possible. The development of EUV and X- ra…     

真空紫外光学薄膜及薄膜材料

概述了真空紫外(VUV)波段光学薄膜及薄膜材料的研究进展,金属Al膜因到短至80nm还能提供较高的反射率而得到普遍关注,在高真空和30 nm/s左右沉积速率下沉积了保护层的金属Al膜在157 nm处反射率可达90%.介质氧化物薄膜机械应力小,环境稳定性比氟化物薄膜好,在190 nm以上波段应用较广泛,但在180 nm以下波段吸收大大增加而应由氟化物薄膜取代.氟化物薄膜带宽大、吸收系数小,沉积了致密SiO2保护层的氟化物高反膜,在中心波长180 nm处可得到接近99%的反射率,而且膜系的稳定性和抗激光损伤也大大提高.氟化物减反膜在157 nm处可得到0.1%以下的反射率;到目前为止氟化物薄膜最好的沉积工艺是电阻热蒸发.     

基于多元约束的小型软X射线偏振望远镜光学设计及优化

作为揭示物质在强磁场、强引力场中的行为方式以及天体辐射偏振产生原因的重要手段，X射线偏振探测在近40年来一直是高能天体物理的研究热点。小型软X射线天文偏振探测望远镜采用抛物面聚焦方式将X射线会聚至探测器处，通过在反射镜表面镀制多层膜实现高反射率和能量分辨。文中对小型天文偏振望远镜抛物面的两种空间布局方式，即中心环绕旋转式镜面布局和交叉对称式镜面布局进行了理论分析，构建了综合集光面积和制作难度的优化模型，基于多元约束方式进行了参数优化。结果显示，在系统口径受限、探测器有一定尺寸的实际应用环境中，参数优化后的交叉对称式镜面布局方案较常规中心环绕式设计更有优势，既能获得较大的集光面积，又能兼顾镜面加工的可行性。     

与GaAs基VCSEL同材料体系高对比度亚波长光栅的设计

设计了一种用于850 nm GaAs基VCSEL的高折射率对比度亚波长光栅(HCG),整体结构采用GaAs材料体系,包含光栅层及为缓解其应力问题而设计的应力缓冲层和以AlGaAs或AlAs氧化后形成的AlOx低折射率亚层。通过Rsoft软件对HCG的反射特性进行仿真研究,分析了不同光栅参数对反射谱的作用规律,重点探究了应力缓冲层和低折射率亚层对光栅特性的影响。设计了中心波长850 nm的TM模HCG,反射率大于99. 9%的带宽可达91 nm,与中心波长之比达到10. 7%,同时TE模的反射率不超过90%,显示出了良好的偏振选择性。该结构可以替代VCSEL中的P型分布式布拉格反射镜,提供高反射率、宽带宽,并改善由不同材料体系所导致的应力问题,提高器件稳定性。     

增透膜的遗传算法设计

用遗传算法设计了多层光学膜.设计时只要事先确定最大层数,算法就可自动优化选择合适的层数,同样每层的镀膜材料及厚度也由算法自动优化选择.设计中采用了不同以往的评价函数.在LBO(LiB3O5)晶体上用两种评价函数设计了1064 nm,532 nm二倍频增透膜.前一种评价函数设计的增透膜在1064 nm和532 nm处的透射率分别达到99.98%和99.99%,后一种评价函数设计的增透膜在两处的透射率均达到100.00%.在K9玻璃上设计了可见光宽带增透膜,450~650 nm范围的宽带增透膜的透射率均超过99.91%,390~780 nm范围的宽带增透膜的透射率均超过99.30%.采用的评价函数对膜系结构的变化敏感时,用遗传算法设计才有效.     

制备软X光多层膜的转速控厚法

本文提出了一种新的监控软X光多层膜膜厚的方法——转速控厚法,利用这种方法镀制的设计周期厚度分别为8.4和10nm,周期数达50对和30对的W/C多层膜,经小角X光衍射测试,结果表明周期厚度随机误差在0.1nm左右。     

小角衍射法精确测定Mo/Si软X射线多层膜的结构

通过对周期性Mo/Si多层膜Cu靶K_(?)线小角衍射曲线的分析,并进一步采用对局部曲线进行分步数值拟合的方法,确定了多层膜的结构参数及界面质量。估算了多层膜样品在λ=20nm附近的正入射反射率接近10％。