平行式Schmidt型龙虾眼X射线光学系统研究

龙虾眼X射线系统是实现大视场X射线成像的有效手段。现研制了由多组平行玻璃平板构成的Schmidt型X射线龙虾眼光学系统,开展了X射线聚焦和成像的演示实验。基于掠入射反射理论,以210μm厚的超光滑平板玻璃作为光学元件,通过堆叠的方式制作了放大倍数为1的演示系统。用8keV的X射线光源对系统进行了聚焦和实验,直径280μm的光源聚焦半高宽约为320μm,与理论模拟结果基本一致。利用X射线背光照明,得到2mm×2mm大小图样的成像。实验结果表明,该龙虾眼光学系统可以在几毫米视场下达到百微米分辨。     

软X射线投影光刻原理装置的设计

首先介绍了投影光刻技术发展的历程、趋势和软X射线投影光刻技术的特性,其次介绍了软X射线投影光刻原理装置的研制工作.该装置由激光等离子体光源、掠入射椭球聚光镜、透射掩模、镀有多层膜的Schwarzchild微缩投影物镜、涂有光刻胶的硅片及相应的真空系统组成.0.1倍的Schwarzchild微缩投影物镜具有小于0.2μm的分辨率.     

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射线双频光栅设计及制作

以软X射线双频光栅作为剪切干涉元件,研究了剪切干涉法在激光等离子体诊断实验中的应用.为提高实验成功率,研究了双频光栅栅线的平行度及光栅效率.根据软X射线双频光栅栅线平行度与剪切干涉系统的干涉图像的关系,理论计算得出光栅平行度的指标要求.在全息曝光工艺中,通过衍射光斑位置检测法和莫尔条纹法确认光栅平行性,保证光栅平行度达到0.01°.利用合肥国家同步辐射实验室计量站对双频光栅的两组-1级衍射效率进行测试.测试结果显示,光栅平行性满足系统要求,光栅的两组-1级衍射效率均达到10％.软X射线双频光栅剪切干涉实验结果表明,双频光栅平行度及衍射效率满足激光等离子体诊断实验需求.     

激光等离子体软X射线光源的一种诊断方法

激光等离子体软X射线光源是脉冲式光源,对这类光源的光谱诊断有几种方法.文章介绍了一种新的、实用的测量激光等离子体软X射线光源光谱的方法.此方法以低噪声的通道电子倍增器探测来自光源的ns量级的脉冲光信号,并由低噪声、响应快的电荷灵敏前置放大器进一步将其放大,前放的输出电荷与输入的脉冲信号的峰值成正比.使用这种方法测量了铜靶激光等离子体光源和氧、氪气体靶激光等离子体软X射线源在8～30nm波段的光谱.     

软X射线稀有气体电离室

软X线稀有气体电离室作为软X线波段绝对探测器，是通过测量光电离子流得出光谱辐射强度。介绍我们研制的1m软X射线稀有气体电离室的工作原理及结构，测出空阴极光源辐射出的HeⅡ25．6nm离子线及Henke源Cka4．47nm的强度随电离室工作气压的变化外推出零气压下谱线光谱辐射强度，最终得出谱线的绝对光谱辐射强度。     

高分辨掠入射软X射线-真空紫外单色仪

介绍了用于束箔光谱实验中研制的一台高分辨掠入射软X射线-真空紫外单色仪基本原理及仪器组成,给出了仪器性能的测试及初步实验结果。     

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.     

激光等离子体软X线光源的研究

本文设计了一种高精度旋转靶系统的激光等离子体软X线光源,亮度高,强度大,光斑尺寸(100～200)μm,脉冲时间几十纳秒,可以辐射出直至软X线的连续光谱及迭加在连续光谱之上的线光谱,峰值波长位于(13～17)nm。在多次测量取平均的方式下,其稳定性和重复性优于±4.5%。     

BEPC同步辐射软X射线光刻光束线的总体设计特性

介绍我们为北京正负电子对撞机(Beijing Electron Position Collide,BEPC)同步辐射实验室建造的软X射线光刻光束线的总体设计思想,并说明其中的束线物理设计、反射镜扫描、调整机构、激光模拟光源、真空系统和电子学、微机控制等系统中的关键技术。此外,对束线中的关键器件之一的超薄铍窗(18μm厚)的耐压强度给出了与理论计算趋势相一致的实验结果。     

大高宽比、高线密度X射线透射光栅的制作

利用电子束光刻、X射线光刻和微电镀技术,成功制作了面积为1 mm × 1 mm,周期为300 nm,金吸收体厚度为1 μm的用于X射线显微成像技术的透射光栅。首先利用电子束光刻和微电镀技术在Si3N4薄膜上制作周期为300 nm,厚度为250 nm的高线密度光栅掩模。然后利用X射线光刻和微电镀技术复制厚度为1 μm,占空比接近1：1,高宽比为7的X射线透射光栅。整个工艺流程充分利用了电子束光刻技术制作高分辨率图形和X射线光刻技术制作大高宽比结构的优点     

X光光刻工艺微针阵列的制备、测试和仿真

为了提高透皮给药的效率,降低传统注射对人体的疼痛感,需要制备微针阵列结构。本文介绍了一种新的微针阵列结构的制造技术。利用日本立命馆大学的同步辐射光源AURORA进行两次X光移动光刻和一次固定X光光刻技术,在PMMA光刻胶上得到微针阵列。通过采用不同的掩膜版图形以及对不同位置的空心孔进行X光光刻,获得了不同规格的空心微针阵列,针对固定X光光刻时对准的问题,自行研制了X光光刻对准装置,实验结果证明,该装置能实现空心微针阵列的制备。并且进行了微针刺穿测试,结果证明微针有足够的强度。为了达到低成本批量复制微针阵列的目的,还进行了微针模具的倒模和复制实验,成功得到金属镍实心微针阵列。最后,针对光刻过程中微针阵列结构的侧面形状发生畸变的情况,对移动X光光刻建立了仿真预测,将仿真预测结果与实验结果进行了比较,结果表明显影深度的误差为5%。     

X射线成像波带片及制作

研究了X射线成像波带片的工作原理和制作工艺。从理论上分析了波带片的空间分辨率与最外环宽度的关系,以及波带片衍射效率与厚度和折射率的关系。利用国家同步辐射实验室发展的加工工艺,即电子束光刻技术和X射线光刻技术结合制作波带片。实验结果表明:波带片最外环宽度为150 nm,高宽比为4,基本满足高分辨X射线成像波带片的高空间分辨率、大高宽比、高精度等要求。     

Advanced thin film technology for ultrahigh resolution X-ray microscopy

Further progress in the spatial resolution of X-ray microscopes is currently impaired by fundamental limitations in the production of X-ray diffractive lenses. Here, we demonstrate how advanced thin film technologies can be applied to boost the fabrication and characterization of ultrahigh resolution X-ray optics. Specifically, Fresnel zone plates were fabricated by combining electron-beam lithography with atomic layer deposition and focused ion beam induced deposition. They were tested in a scanning transmission X-ray microscope at 1.2 keV photon energy using line pair structures of a sample prepared by metalorganic vapor phase epitaxy. For the first time in X-ray microscopy, features below 10 nm in width were resolved.     

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.     

Microbeam X-ray lithography apparatus for direct production of deep LIGA structures

A microbeam X-ray lithography apparatus, a new device for the direct production of microstructures in thick layers of X-ray resists, in particular, for the fabrication of X-ray lithography masks, was developed on the basis at the LIGA station of the VEPP-3 storage ring of the Siberian Center of Synchrotron and Terahertz Radiation. A microstructure pattern with given arbitrary topology was produced directly in a SU-8 negative resist layer up to 1 mm thick on a substrate moved in a vector mode using a collimated beam of synchrotron radiation with a special software. The design of the device and its technological capabilities and limitations are described. Examples of the fabricated microstructures with a high aspect ratio and X-ray lithography masks are presented.     

X射线衍射光学部件的制备及其光学性能表征

综述了国内外在纳米加工X射线衍射光学透镜方面的研究现状和最新进展。介绍了作者团队过去三年在这方面做的工作。针对衍射透镜关键技术,研发了具有大高宽比形貌的电子束光刻基础工艺;结合金电镀,提出了纳米尺度波带片的制造技术,并将该工艺成功扩展于分辨率板(Siemens star)和集成光栅型会聚透镜的研制。运用蒙特卡罗模拟和显影动力学,探索了电子束光刻技术所能够实现的最大高宽比以及造成这种限制的物理根源;成功研制了50~100nm的波带片透镜(其中,100nm波带片高宽比为16∶1)、50~300nm的分辨率测试板(其中,300nm测试板高宽比为10∶1)和200nm的会聚透镜(高宽比为10∶1)。对所研制的光学部件在同步辐射光源进行了实验表征。结果表明,100nm波带片聚焦斑尺寸为234nm,测试板和会聚透镜的光学特性与国外同样光学部件到达同等水平;会聚透镜辐照的均匀性为99%。最后,总结了近几年我国X射线衍射透镜的发展进度,指出了衍射光学部件光学性能发展的最大瓶颈是分辨率与衍射效率相互制约,提出了提高光学部件衍射效率的具体途径,给出了我国X射线衍射透镜技术的未来发展路线图。     

基于单次全反射椭球单玻璃管X射线聚焦镜表征光源参数

为了正确表征X射线光源参数,本文利用单次全反射椭球单玻璃管X射线聚焦镜,设计了一种测量X射线光源焦斑尺寸和焦深的方法。该方法利用椭球单玻璃管X射线聚焦镜具有单次全反射成像能力的特点,对多个已知焦斑尺寸的多毛细管X光透镜模拟光源的焦斑成像尺寸和椭球聚焦镜的面形误差进行表征,从而确定光源焦斑尺寸和经过椭球聚焦镜后的焦斑成像尺寸以及椭球聚焦镜的面型误差之间的通用数学关系。然后,通过分析待测光源焦斑经过椭球聚焦镜所成像的尺寸来得到被测量光源的焦斑尺寸。利用该法也同样可以得到光源焦深的大小。为了验证设计方法的可行性,测量了实验室微焦斑X射线光源的焦斑和焦深参数。测试显示:对于焦斑直径约为50μm、焦深约为20mm的光源,文中方法得到的算术平均值标准偏差分别为1.5μm和0.7mm。结果表明:本文设计的光源参数表征方法可以实现对微焦斑源焦斑尺寸和焦深的同时测量,在X射线源的研制和应用领域具有潜在应用。     

激光等离子体X射线极化光谱研究

为了诊断激光等离子体X射线的极化光谱,研制了一种新型的基于空间分辨的极化谱仪。将平面晶体和球面弯晶色散元件在极化谱仪内正交布置,即在水平通道用PET平面晶体作为色散元件,而在垂直通道用Mica球面弯晶作为色散元件,球面半径为380mm。信号采用成像板进行接收,有效接收面积为30×80mm,从等离子体光源经晶体到成像板的光路约为980mm。物理实验首次在中国工程物理研究院激光聚变研究中心“2×10J激光装置”上进行,成像板获得了铝激光等离子体X射线的光谱空间分辨信号。实验结果表明该谱仪具有较高谱分辨率,适合激光等离子体x射线极化光谱的诊断。