同步辐射软X射线多层膜分光反射率测试装置

采用多层膜反射镜作为分光元件,成功地研制了同步辐射软X射线反射率计。可完成对各种光学反射镀层的光学常数的测试和评价。工作波段(2-20)nm,角分辨率0.01°,扫描范围(0-80)°。该装置安装在BEPC同步辐射实验室3B1光刻光束线上。     

同步辐射软X射线多层膜反射率计的设计

分析了同步辐射软X射线多层膜反射率计;介绍了单色器系统、反射率计系统、真空系统以及双重二倍角机构的设计要点。     

基于平面镜的相机-显示器快速标定方法EI北大核心CSCD

针对基于计算视觉的镜面物体测量中相机和显示器的位置参数标定问题,提出了一种基于平面镜的快速标定方法。该方法使用显示器投射标定模板直接作为标定物,由相机通过平面镜的反射获得标定模板的图像,然后进行相机标定,可同时获得相机的内部参数及标定模板虚像在相机坐标系下的位置参数,最后根据平面镜成像的原理计算标定模板即显示器的实际位置。在标定过程中,平面镜可自由移动,而无需知道平面镜的具体位置参数。实验结果表明,该方法简单快速,同时具有较高的标定精度,满足实际测量需求。     

合肥同步辐射反射率测量装置

分析设计并研制了同步辐射计量光束线的反射率计系统.该反射率计工作波长5～100nm,角分辨率0.005°,样品台可做六维调整,样品与探测器采用同轴扫描馈入机构,大大提高了扫描运动及测量精度.样品和探测器均具有平移和旋转两种功能,并且既可独立运动,又可θ-2θ同步联动,样品和探测器均可退出光路,通过束线差分系统和反射率计差分馈入系统可充分保证10^-6～10^-8Torr的真空度.对样品的反射率测试可分波长扫描和角度扫描两种方式.     

CINRAD/SA双偏振雷达差分反射率的标定与应用

文章利用高性能仪表开展CINRAD/SA双偏振雷达差分反射率的测试与标定试验,利用太阳法、软件读取法、小雨天顶标定法和金属球标定法等技术评估2个通道一致性和差分反射率的系统误差,比较了各种方法的优劣,并对测量结果和差分反射率在实际降水和冰雹过程中的应用进行了分析,得出结论可与其他双偏振产品结合使用。     

小型高精度软X射线-极紫外反射率计

针对探月二期工程中的有效载荷之一极紫外相机中的多层膜光学元件反射率测量的需要,搭建了一台使用液体靶激光等离子体光源的小型软X射线一极紫外波段反射率计。该反射率计主要由激光等离子体光源、Mcpherson247动狭缝掠入射单色仪及相关的数据采集系统组成。单色仪工作波段为1～125nm,光谱分辨率〈0．08nm。无碎屑的液体靶激光等离子体光源的使用避免了光学元件的损坏,而动狭缝掠入射单色仪的使用则提高了光谱分辨率和波段范围。使用该反射率计实测了工作波长为13．5nm和30．4nm的Mo／Si多层膜的反射率,测量结果表明测量重复性优于±0．5％,实现了对多层膜反射率的高精度测量。     

小型的高精度软X射线-极紫外反射率计

针对探月二期工程中的有效载荷之一极紫外相机中的多层膜光学元件高精度反射率测量的需要,建立了一台使用液体靶激光等离子体光源的小型软X射线-极紫外波段反射率计。该反射率计主要由激光等离子体光源、Mcpherson 247动狭缝掠入射单色仪及相关的数据采集系统组成。单色仪波段范围1-125nm,光谱分辨率小于0.08nm。无碎屑的液体靶激光等离子体光源的使用避免了光学元件的损坏,而动狭缝掠入射单色仪的使用则提高了光谱分辨率和波段范围。使用该反射率计实测了工作波长为13.5nm和30.4nm的Mo/Si多层膜的反射率,测量结果表明测量重复性优于±0.5%。     

软X射线多层膜设计中表面粗糙度对反射率的影响

给出了一种改进的软X射线波段的多层膜设计方法.在设计过程中,考虑了反射镜基底和各膜层之间的均方(RMS)粗糙度对反射率的影响 ;在Stearns提出的散射理论的基础上给出了粗糙界面的数学模型.文中以波长为λ=1.03nm的软X射线为例进行设计,设计结果表明 :要使波长为λ=1.03nm的多层膜的反射率大于10%,反射镜基底的均方粗糙度不应超过0.6nm.实验中选择几块表面粗糙度为 0.5nm(RMS)的熔石英平面镜作为基底来制作适用于该波长的、层对数超过70的多层膜.然后在的入射角下测量反射率,测得的值为10%,这与采用本设计方法得到的计算结果一致.该反射镜作为X射线谱仪的分光元件被应用于惯性约束聚变(ICF)的过程诊断中.     

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。     

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%。     

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。     

Automatic calibration system for polygon mirrors

An automatic calibration system of polygon mirrors is described. This system consists of the four subsystems: a precise rotary mechanism, a rotary magnetic scale for angular standard, a special photo-electric autocollimator which enables dynamic measurement, and a mini-computer system which controls the compiling and handling of data. The basic principle of the system depends on the self-checking method, so that both the polygon mirror and the standard rotary scale are calibrated simultaneously. A time-conversion method is adopted to detect slight angular difference with high resolution. By way of an example, the calibration of a 12-sided polygon is described. The results obtained are as follows: (1) The calibration can be done automatically in a short time without skill, except for the manual operation of setting a polygon relatively for the magnetic scale; (2) 95% confidence interval of instrumental error calibrated on the system is within $\text{±0.07}$ seconds of arc.     

基于多层膜的软X射线偏振测量

综述了过去10年中德国BESSY同步辐射装置在软X射线偏振测量方面所做的工作。在BESSY同步辐射装置中,有10条椭圆波动器光束线,这可使同步加速器辐射的偏振态从线偏振光(水平或者垂直)转变为左旋或右旋圆偏振光。由于很多偏振敏感实验(例如,MCD光谱测量)需要归一化量,因此对偏振度进行量化非常重要。对于偏振实验,即对光的偏振态测量来说,需要两个光学元件分别起相位片和检偏器作用。因此,专门研制了在软X射线区有透射和反射功能的多层膜,并对其做了优化。通过使多层膜参数(周期,厚度比)与构成材料的吸收边相匹配,即可获得共振加强的偏振灵敏度。由此可知,基于多层膜的偏振测量与这些偏振光学元件工作波长处性能测量密切相关,文中对仪器的设置和测试结果做了介绍,同时给出了磁性薄膜或光活化物质的磁光光谱测量和偏振测量的示例(法拉第和克尔效应)。     

不同材料滤片对13~43 nm高次谐波的抑制

国家同步辐射实验室光谱辐射标准和计量光束线(U27)的SGM分支是专门为光学元件性能测试和探测器定标而建造的。为了能够精确测量光学元件在极紫外和软X射线波段的性能,必须充分抑制高次谐波提高光谱纯度。对于已经建成的光束线,要改变光学设计和现有结构来抑制高次谐波是困难的,最简单且有效的方法是用不同材料的滤片来抑制不同波段的高次谐波。为了研究高次谐波的抑制效果,可将840 l/mm透射光栅放在U27光束线SGM分支的出射狭缝后面色散出射光,用探测器做角度扫描记录下信号强度曲线,然后分析得到高次谐波的含量和分布。本文分别研究了不同厚度的Al(200、400和600 nm)、Si₃N₄/Mo/Si, Si₃N₄/Mo/Si/Mo/Si多层膜滤片(100/50/200 nm, 100/50/150/150/250 nm)和Al/Mg/Al 滤片对13~43 nm光谱高次谐波的抑制效果。 研究结果显示,400 nm厚的Al滤片适合于17~33 nm光谱高次谐波的抑制,在保证探测器信号强度的条件下,高次谐波信号强度占探测器信号强度的比例＜2％,经探测器量子效率修正后,高次谐波比例＜0.6％。Si₃N₄/Mo/Si/Mo/Si多层膜滤片可以有效地抑制13~19 nm的高次谐波,Al/Mg/Al滤片对30~43 nm的高次谐波有很好的抑制作用。这一结果为光学元件的透射率、反射率和探测器精确定标奠定了基础。     

考虑反射镜姿态标定的互补全景图像配准研究

为解决折反射全向成像分辨率低且分布不均匀问题,提出互补结构的全向成像方法,结合全向图内外环的互补特性进行全景图像融合及分辨率增强研究.其中,2幅配对全景图像之间的精确配准是必要前提和基础:首先根据反射镜边沿成像的椭圆边界线对反射镜空间姿态进行标定,基于标定结果将全向图的内环和外环分别展开为2幅校准后的柱面全景图像;然后基于普适最小二乘法求解多项式变换模型,对2幅初步配准的全景图像进行更精确的亚像素级配准.实验结果表明,算法满足图像融合的配准精度要求,并通过融合效果进一步验证算法的有效性.     

应用内外定标修正实现红外测量系统辐射定标

由于现有的大口径短波红外测量系统的辐射定标需要制备大口径红外平行光管,不仅机动性差且成本较高,故提出了一种基于内、外定标修正的辐射定标新方法。该方法将一个中、高温腔型黑体置于红外系统内部,通过切换反射镜,将中、高温腔型黑体辐射引入红外光学系统,并对部分光路进行中、高温段的内定标。然后,使用大面源黑体对全系统进行中温段的外定标;提取并处理公共温度范围的内、外定标数据以获取内、外定标之间的修正系数。最后,对中、高温段的内定标数据进行修正从而获取全系统的辐射定标数据。使用该方法对某Φ400mm口径的红外测量系统进行了辐射定标,并根据定标结果反演了黑体的辐射亮度和温度。结果显示:辐射亮度反演的最大误差为1.67%,温度反演的最大误差为1.02℃。实验结果证明了该方法可以准确、有效地对大口径短波红外测量系统进行辐射定标。     

软X射线光发射电子显微镜光束线聚焦用KB镜系统

研制了光发射电子显微镜(PEEM)高精度微聚焦系统,以实现上海光源软X射线PEEM光束线的高质量聚焦。根据上海光源PEEM光束线的概况,给出微聚焦系统光学元件的基本参数。基于Kirkpatrick-Baez(KB镜)两镜方案,设计了PEEM线微聚焦系统。介绍了KB镜姿态调整机构的设计方案,即利用三垂直线性驱动装置和两水平线性驱动装置相结合来实现五维调节,分析了姿态调节机构的原理与工作过程,给出了微聚焦系统的整体设计方案。测试了KB镜系统的机械性能,给出水平调节机构以及第一面镜子Pitch运动的测试结果,结果显示:水平调节机构分辨率为0.6μm,重复精度为0.85μm,Pitch角度分辨率为0.4″,重复精度为0.5″,优于指标要求。其它参数的测试结果亦均优于指标要求。实验表明,微聚焦系统机械指标的实现保证了PEEM线光斑的高质量聚焦。     

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。