用光腔衰荡法测量高反射率的实验研究

根据光腔衰荡光谱技术开展了测量镜片高反射率的研究,建立了测量实验装置。理论上给出了反射率测量的计算方法,在实验中测定了一对反射率相等的高反射腔镜的反射率,以及一块45°反射镜样品的反射率,并分析了影响光腔衰荡曲线的参数。     

基于光腔衰荡的反射率测量技术的研究

根据光腔衰荡原理开展了高反射率镜片反射率测量技术的研究。理论上给出了直型腔和折叠腔的反射率计算方法,构建了测量高反镜反射率的实验系统。实验结果表明系统结构简单,易调节,可以测量任意角度的反射率,测量结果精确,可满足高反镜片的各种测量要求。     

积分腔输出光谱技术腔镜反射率标定研究

论文设计了一套用于增强氧气吸收的积分腔光谱测量系统,并利用长光程吸收参考池对积分腔的腔镜反射率进行了标定。在大气环境中,使用13144.58cm~(-1)氧气吸收谱线,通过加载不同扫描频率,同时测量积分腔和长光程参考池的输出吸收信号,通过比较二者的吸收率推导出镀膜腔镜的反射率。测量结果表明,在760nm波长附近,腔镜反射率测量平均值为0.9881,标准差δ=6.04×10~(-5)。通过测量得到反射率得出光学腔有效吸收长度并反演氧气组分浓度,验证了反射率测量的准确性和实验系统的可行性。     

用于光纤传感的非对称法布里-珀罗腔

设计了一种用于光纤传感的新型非对称法布里—珀罗(F-P)干涉腔。干涉腔由固定在石英毛细管的两根镀膜光纤构成,该干涉腔改善了普通F-P腔的反射响应特性,有助于提高传感器的灵敏度和测量范围。基于薄膜干涉理论对该干涉腔的反射率响应关系的计算与分析,得出该非对称F-P腔的结构参数。设计结果表明,这种新型干涉腔具有线性度好、灵敏度高和线性范围宽的优点。     

真空紫外-极紫外反射率计控制与数据采集系统

针对自行研制的真空紫外-极紫外(VUV–EUV)波段反射率计运行需要,基于LabVIEW软件构建了该反射率计控制和数据采集系统。详细介绍该系统的组成和主要硬件单元模块的控制流程与方法,并给出准直调试程序和反射率数据采集程序的架构、用户界面和数据采集方法。提出的新数据采集算法有效提高了弱信号条件下反射率测量的可靠性。利用该控制与数据采集系统,对Si基板开展了准直校准与反射率测量实验。结果表明,在7.5°～87.5°范围内直通光电流信号为20 pA时仍能获得可靠的反射率,且基于入射光监测方法的反射率测量实验结果与理论计算相符更好。除在布儒斯特角附近信号电流小于本底电流0.7 pA时,反射率重复测量误差优于1.6%。     

干涉法测量多层透明膜系反射率

应用干涉法实现透明膜系反射率的测量。将待测膜系镀在两薄玻璃片上 ,并构成 F- P干涉仪 ,根据透射光谱的自由谱宽和干涉峰的半宽值 ,计算出膜系反射率 ,避免了光源波动对测量结果的影响。在实验中所用膜系的反射率小于 98%时 ,测量偏差小于 0 .0 0 4 %。     

多视角沙姆成像的高精度结构光三维测量方法

传统结构光测量方法在测量高反射率和复杂结构表面存在诸多挑战,且测量精度受到测量视场的限制。本文提出了一种基于结构光投影和多视角沙姆成像的高精度标定及三维测量方法,充分利用系统的景深范围。提出结构光多目视觉测量模型,将投影仪坐标系作为系统测量坐标系,通过建立“三维点-投影图像点-4个相机图像点”的对应关系对系统进行一体化标定,然后利用多视图几何成像约束,通过计算最小二乘解融合多个视角的观测信息,提高三维数据的计算精度。实验结果表明,所提方法和系统可以对高反射率和遮挡表面进行准确测量,测量精度达到5μm,大大优于传统结构光测量方法。     

基于实时反射率修正的离轴积分腔甲烷测量系统

针对大气CH_4浓度测量中的H_2O干扰以及高反镜反射率的标定问题,提出了一种波长调制离轴积分腔测量系统中反射率实时标定的方法,并结合CH_4浓度免标定反演修正算法解决了CH_4浓度测量中H_2O干扰的问题,实现了大气CH_4浓度的免标定测量。利用该系统对大气CH_4浓度进行了测量,测量得到的大气CH_4平均浓度为1.821 ppmv,标准偏差为0.024 ppmv,时间分辨率为10 s。Allan方差分析表明该测量系统检测限可达4.6 ppbv。因此,该系统可实现大气CH_4浓度的免标定实时测量。     

光腔衰荡光谱技术及其应用综述

光腔衰荡光谱(CRDS)技术是近几年迅速发展起来的一种吸收光谱检测技术。在介绍光腔衰荡光谱检测原理的基础上,详细推导了CRDS技术用于反射率测量和痕量气体浓度检测的理论公式。分析了CRDS技术由于实际吸收光程长,检测精度不受光源强度及其变化的影响,因此具有检出限低,测量精度高,可靠性好等特性。综述了CRDS技术在微量污染气体监测中的应用及其发展趋势。最后提出了应用光腔衰荡光谱检测污染气体中不同有害成分浓度的一种新思路。     

目标激光反射率测试方法研究

反射率的测量可分为两种方法绝对测量法(直接测量法)和相对测量法(比较测量法).当被测反射功率与入射功率相比时,则为绝对测量;先测出被测目标的反射功率和已知反射率的标准反射板的反射功率,再用其比乘以已知的标准反射板的反射率,就可以得到被测目标的反射率,这种测量的方法称为相对测量.本文论述了一种采用相对测量反射率测试方法,用于激光反射率的测量,并对测量进行了分析.     

真空紫外波段Al膜保护层MgF_2的光学常数

由于Al膜的保护层MgF_2薄膜的光学常数对Al/MgF_2高反射镜的性能有极大的影响,本文研究了获取MgF_2薄膜光学常数的方法。用热舟蒸发的方法在室温B270基底上镀制了3块不同MgF_2厚度的Al/MgF_2反射镜样品,通过掠入射X射线小角反射方法表征样品,获得了膜层厚度和粗糙度。在国家同步辐射实验中心计量站测试了入射角为5°时,样品在105~130nm波段的反射率。在Al、MgF_2膜层的厚度和Al的光学常数已知条件下,依据菲涅尔公式,得出了满足某波长处样品反射率的等值曲线,然后从三条曲线的交点得出了MgF_2薄膜在108~128nm波段的光学常数。对比和分析显示:利用此方法得到的108~128nm波段MgF_2薄膜光学常数计算的反射率曲线和实际测试得到的反射率曲线吻合较好。     

校准能见度仪用标准散射体定标系统装调技术

为了实现校准能见度仪用标准散射体的快速高精度定标,依据标准散射体校准前向散射式能见度仪的校准原理,提出了一种新型的校准能见度仪用标准散射体定标系统,重点研究了该系统的装调技术。根据定标系统的组成与工作原理,建立了定标系统装调光学模型,并提出由抛物面反射镜与全景成像能量检测系统相对位置装调以及抛物面反射镜与低反射率球形屏幕系统相对位置装调组成的定标系统装调方案。建立校准能见度仪用标准散射体定标系统极限误差计算模型,在入射光线角度为45°的情况下,计算出装调过程中抛物面反射镜与低反射率球形屏幕系统平移误差与倾斜误差的极限装调误差分别为3.18°和0.847°,抛物面反射镜与全景成像能量检测系统平移误差与倾斜误差的极限装调误差的极限装调误差均为2.14 pixel。实验证明装调后的校准能见度仪用标准散射体定标系统的最大角度检测误差为0.795°,满足定标系统的角分辨率是1°的使用要求。     

真空紫外Al/MgF_2反射镜

采用三步热舟蒸发制作法研制了真空紫外Al/MgF2反射镜,研究了改善制备工艺有效提升反射率的方法。在两层Al/MgF2反射镜制备过程中,第一步在室温石英基板上快速蒸发厚约70nm的铝膜;第二步在铝膜表面迅速蒸发厚约10nm的MgF2;第三步先对基板加热到一定温度后,再在Al+MgF2的表面上蒸发15~20nm厚的MgF2。通过调整基板温度(室温、100℃、200℃和300℃),研究了基板温度对Al/MgF2反射率的影响。真空紫外反射率计测试结果表明:第二步蒸镀MgF2之后增加基板温度有利于提高反射镜的反射率;MgF2薄膜的厚度对反射镜的反射率起到一定的调制作用,MgF2厚为26.7nm的反射镜在122nm处的反射率达85%。在实验室环境下存放1个月和5个月后,反射镜的反射率没有变化。研究结果为真空紫外光学系统需求的高性能光学元件的研制提供了技术基础。     

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。     

Spectroscopic reflectometry of mirror surfaces during plasma exposure

An in situ spectroscopic reflectometry system has been built to investigate the evolution of the specular reflectivity spectrum of ITER first mirror samples during plasma exposure. Results are presented for three different types of molybdenum mirror samples that were exposed to deuterium plasma, including single crystalline, nanocrystalline, and polycrystalline molybdenum. The results show good agreement with ex situ measurements of the reflectivity spectrum before and after exposure and extend the results obtained in previous experiments.     

镍—碳多层膜软X光反射镜的一种设计

本文介绍了Ni—C多层膜软x光反射镜设计与计算的一种方法,并分析了提高反射率的有关因素。     

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.     

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。