宋利民[1]2002年在《软X射线多层膜反射镜的设计与制作》文中认为软x射线多层膜反射镜的出现，是x光学的重大事件。它从根本上改变了传统的掠入射反射x光的方法，使正入射反射x光成为可能，并极大的促进了x光学的发展。由于软x射线多层膜反射镜具有高反射率和带通滤波的特点，x光学的各个领域对之产生了强烈的需求。 在软x射线(1nm＜λ＜30nm)的长波长区域(10nm＜γ＜30nm)，多层镜的制作已经成熟，例如：在13.4nm处反射率峰值达到66％。但在软x射线短波段(λ＜10nm)区域，实测反射率大大低于理论设计的反射率，高反射率多层膜反射镜的制作仍处于探索阶段。本论文所完成的是在软x射线短波段的五个波长处(最短波长为1.03nm)，研制具有实用反射率的软x射线多层膜反射镜，并应用于惯性约束核聚变(ICF)实验中的软x光能谱测量。在ICF实验中，激光等离子体产生的x光主要分布在亚仟电子伏特区(0.1-1.5keV)，它的总能量、能谱特征、发射时间过程和空间分布都是理论和实验极为关心的基本数据。从而使x光能谱的测量成为ICF实验中的至关重要的诊断内容。 在多层膜反射镜的设计中，作者首先针对软x射线的强烈吸收和弱反射的特性和材料的物理化学性质，选择了多种可能的配对材料作为候选的配对材料。从薄膜光学理论的递推法出发，以Henke的散射因子为依据，计算了候选材料的峰值反射率，从中得到了软x射线短波段的五个波长处的最佳材料配对。然后使用模拟退火算法作为优化方法，对软x多层镜结构参数进行了优化，得到了比较理想的设计结果。之后将适用于软x射线波段的D.Stearns的散射理论应用于软x射线多层膜反射镜的粗糙界面的散射研究，并基于该理论提出了一种多层膜反射镜的修改设计方法。用该方法确定了基底粗糙度的设计值，从而完成了多层膜反射镜的设计。 根据多层膜的设计结果，我们采用磁控溅射技术进行了多层膜的沉积。在多层膜的淀积过程中，使用小角x射线衍射的方法对多层镜进行了反复的标定，获得了软x射线短波段多层膜反射镜沉积的优化工艺参数。并在此基础上，完成了五个波长的多层镜的淀积，多层膜的膜厚误差仅为0.05nm。多层镜反射率的测量是在中国科学院北京高能物理研究所的同步辐射装置的3B1束线上进行的。测量结果表明：本文所研制的多层膜反射镜均具有实用的反射率，特别是中心波长为1.03nm的多层镜，其峰值反射率达到10％。 以多层镜为核心构成了我国第一台的多层镜分光软x光能谱仪样机。2001年底在上海“神光2”激光装置上进行的惯性约束核聚变(ICF)实验的软x光光谱测量中，获得了实测的软x光能谱。
张丽丽[2]2015年在《多层嵌套X射线掠入射光学系统设计》文中认为X射线掠入射光学系统在天文观测、空间气候检测、空间定位与导航、显微成像、投影光刻、成像与诊断等技术方向具有独特优势,发挥着不可替代的作用。多层嵌套掠入射X射线光学系统可以提供更大的集光面积、更高的角分辨率以及更轻的系统重量。随着光学检测和加工技术的日益成熟,使得研制出更高精度的X射线掠入射光学系统成为可能。本文主要研究了X射线掠入射光学系统的设计,并且给出了提高有效集光面积的设计方法。文章首先对x射线掠入射光学系统的研究进展做了详细论述,分析了x射线成像光学系统的类型。然后对掠入射光学系统的工作原理、结构形式、光学特性等方面进行了深入研究,最终选择两种结构类型的掠入射形式。针对集能型的不需清晰成像的X射线光学系统,则采取一次抛物面镜反射方式。针对对成像质量有比较高要求的X射线光学系统,则采取二次反射的Wolter Ⅰ型形式,并且分析了这两种掠入射形式的优缺点。为了增大X射线光学系统的有效集光面积,采用了多层嵌套的设计方案,即将许多不同口径的反射镜面制作成套筒。有效集光面积与几何集光面积和反射率有关。最后对X射线掠入射光学系统的设计过程进行了详细的理论推导,并用ZEMAX软件对其模拟仿真。最终设计出了最佳平均掠入射角θ=1.25°,光学系统焦距f=1150mmm的X射线掠入射光学系统。所设计的一次反射抛物面镜型多层嵌套光学系统和Wolter I型结构的X射线掠入射光学系统,通过计算分析可知系统的有效集光面积达到技术指标要求。通过对公差进行分析可知所设计的x射线掠入射光学系统也符合技术指标要求。
林炳[3]2002年在《软X射线多层膜膜厚分布均匀性控制研究》文中进行了进一步梳理软X射线具有与物质相互作用强的特点，在分析物质基本结构有着非常诱人的应用前景。随着软X射线超薄膜制备技术的不断发展，软X射线多层膜反射镜已在多个领域中投入研究与应用，如天文学、生物医学显微镜、极紫外投影光刻技术、X射线激光、高温等离子体诊断等等。多层膜系用于成像光学系统时，周期厚度分布的不均匀性将会破坏光学元件原始加工面形精度，导致成像质量的下降。本文主要针对工作波长为17.1nm的X射线空间望远镜中的主镜与次镜的膜厚分布均匀性进行控制，其中主镜直径为130mm，曲率半径为7.5m。 围绕软X射线多层膜均匀性分布的控制技术，我们介绍了多层膜的发展概况、自行编程对多层膜性能进行模拟计算、采用离子束溅射镀膜法制备薄膜和对制备样品进行了检测等。特别地，我们设计并应用膜厚挡板补偿技术控制多层膜的膜厚分布，将膜厚分布非均匀性从4.5％减小到2％，周期厚度绝对差值控制在0.18nm以内，并且制备得实际多层膜样品在中心波长17.1nm处实测反射率达到35％,达到实用水平。
易葵[4]2002年在《软x射线激光多层膜反射镜及分光元件的研制》文中指出论文第一章从x射线光源、x射线光学元件和x射线多层膜的发展和研究状况给出了简要的综述。 第二章讨论了理论设计和性能分析问题，将薄膜光学理论成功应用于x射线多层膜的设计中，建立完善了设计程序和多层膜性能分析方法。 论文第叁章介绍了多层膜沉积的工艺，给出了本研究小组独特的转速控厚法，这种方法在制备x射线多层膜中具有十分重要的意义。讨论了利用多层膜的小角x射线衍射谱理论分析，导出了单层膜厚度和多层膜周期厚度的测量方法。 实际制备了x射线Mo/Si多层膜，利用同步辐射反射率装置测得的波长13.9nm反射率在50%左右。利用激光等离子体实现多层膜反射率测量，在国内报道还属于第一次，而且13.1nm波长x射线45°入射的平均反射率已达到26.2%，这个结果为理论反射率的70%，为国内报道的最高反射率的结果，基本上接近了国际先进水平。 论文根据对实际制备的多层膜的实测反射率的拟合，提出了表面粗糙度对多层膜光学特性的影响在软x射线波段的最佳拟合方法，这对提高x射线多层膜的性能有一定的指导意义。 论文第四章讨论了x射线多层膜分光元件的制备和测试，在国内第一次成功制备了无衬底的x射线多层膜，并且国内第一次成功地获得了无衬底的x射线多层膜的实测结果。
王占山, 王风丽, 张众, 程鑫彬, 秦树基[5]2005年在《X射线超反射镜设计、制作与表征》文中指出探讨了X射线波段超反射镜的设计,采用了周期膜堆作初始条件加单纯形局域优化和模拟退火全局优化方法,设计了工作能量为Cu的Kα(8.0keV)线的不同掠入射角和不同角度带宽的宽角度X射线超反射镜和8~25keV范围内不同掠入射角和不同能量带宽的宽带X射线超反射镜.同时,还系统研究了非周期多层膜超反射镜的制备工艺,解决了多层膜制备过程中遇到的一些工艺性问题和精确定标的问题,进行了不同膜层材料对组合的超反射镜制备实验,成功制备了相应的多层膜样品.利用高分辨率X射线衍射仪测量了样品的反射率,所得结果与设计值基本相符.
王蓓[6]2007年在《类镍钽软X射线激光用高反射镜的研究》文中进行了进一步梳理多层膜技术极大地提高了光学元件对极紫外光和软X射线的反射率，有力地促进了该波段光学系统的发展，已在天文学、显微成像、光刻、同步辐射应用以及X射线激光等领域得到了广泛的应用。工作波长为4.48nm的高反射镜是类镍钽软X射线激光实验及其应用的核心元件，因此，进行4.48nm多层膜高反射镜的设计、制备与检测研究具有重要意义。 类镍钽软X射线激光用反射镜是周期多层膜，其膜层厚度小、周期数多，制备难度大，实际反射率远小于设计值。目前，只有美国、德国、日本等研制了实用的元件，但我国对此类高反射镜还未进行深入研究。 本文探讨了类镍钽软X射线激光用多层膜反射率的计算方法。针对材料的光学特性、物理化学性质和成膜特点，选择了Cr/C、Co/C和Cr/Sc多层膜材料对。计算了不同结构参数下，多层膜的峰值(工作波长4.48nm，入射角5°)反射率，比较了几种材料对的反射性能。利用Stearns散射理论，模拟了多层膜界面缺陷对反射性能的影响。 采用超高真空磁控溅射镀膜设备制备了不同结构参数的Cr/C、Co/C和Cr/Sc多层膜样品。用X射线小角反射方法测量了多层膜周期，对镀膜材料的溅射速率进行了精确标定。通过反复实验研究，优化了充气方式、基片偏压、溅射功率等工艺条件，分析了制备工艺对成膜质量的影响，找到了比较好的镀膜工艺参数。实验上比较了不同结构多层膜的性能，得到了便于制作的多层膜结构参数。 使用高分辨率X射线衍射仪测量了多层膜的小角反射曲线和散射曲线，结果表明样品的膜层结构好、厚度误差小。对测量曲线进行了数值拟合，得到了拟合结果，分析了影响Cr/C、Co/C和Cr/Sc多层膜反射率下降的主要原因。在德国BESSY Ⅱ同步辐射装置上测量了多层膜的反射率，其中，Cr/C和Cr/Sc多层膜的峰值反射率分别达到7.50％和6.27％，表明研制的类镍钽软X射线激光用高反射镜已基本满足了实际应用要求。
王占山, 吴永刚, 陈玲燕[7]2002年在《极紫外和软X射线多层膜光学》文中认为综述了极紫外和软X射线多层膜光学及其应用 ,指出了极紫外和软X射线光学的优点和难点 .在软X射线激光诊断高温高密度等离子体的干涉实验中 ,迫切需要既有一定反射率、又有一定透过率 ,同时具有很高面形精度的半反半透多层膜和高反射率多层膜组成的软X射线激光干涉仪 ,以实现对高温等离子体临界面附近电子密度的诊断 .在分析软X射线多层膜偏振特性基础上 ,设计了类镍银软X射线激光干涉仪用半反半透多层膜 ,并用离子束溅射方法制备了这样的元件 ,同步辐射反射率和透过率测试表明已制备的半反半透多层膜达到了进行软X射线干涉实验的要求
胡家升, 宋利民[8]2004年在《基于模拟退火的软X射线多层膜反射镜设计》文中研究说明基于模拟退火(SA)算法,对软x射线短波段中的几个波长的多层膜反射镜进行了优化设计,获得了它们的光学参数,包括多层膜反射镜的最佳周期厚度、最佳厚度比和峰值反射率,进而制作多层膜反射镜并在北京同步辐射装置上进行了反射率的实际测量。测量结果表明,该反射镜具有实用的反射率。这表明,SA方法适用于软x射线短波段多层膜反射镜的优化设计。
喻波[9]2016年在《极紫外多层膜膜厚梯度控制及抗热损伤研究》文中研究说明极紫外多层膜反射镜是极紫外光刻系统的核心光学元件,极紫外光刻系统对多层膜的性能有着极其苛刻的要求,包括高反射、低应力、高均匀性及抗损伤。本文围绕后两个问题开展了以下研究:1.针对极紫外多层膜反射镜入射角-波长匹配和面形误差控制需求,开展了极紫外多层膜膜厚横向梯度控制研究。采用遗传算法拟合平面基底在若干个不同高度下匀速扫过靶下方得到的膜厚分布曲线来反算磁控溅射源特性分布,在此基础上,同样采用遗传算法反演对应于目标膜厚横向梯度分布的基底速度曲线。通过上述方法实现了曲面基底上极紫外多层膜膜厚横向梯度的高精度控制。2.针对极紫外光刻原理试验装置照明系统小尺寸反射镜大入射角带宽的需求,开展了极紫外多层膜膜厚纵向梯度控制研究。采用有效厚度法来处理Mo/Si多层膜层间扩散对宽带多层膜光谱性能的影响。首先,标定了Mo/Si多层膜膜层有效厚度与公转速度关系式;然后,采用Levenberg-Marquardt算法完成宽带膜系设计;最后,将设计膜系在磁控溅射镀膜机上进行制备,并对其极紫外反射谱进行测量,实验结果与设计结果吻合得很好。3.针对极紫外光源收集镜在高温环境下使用的需求,开展了极紫外多层膜抗热损伤初步研究。通过在Mo/Si多层膜膜层间插入BN阻挡层得到了抗热损伤性能优异的Mo/BN/Si/BN多层膜,X射线衍射仪和高分辨透射电镜表征结果表明该多层膜能够承受500℃高温。上述研究为满足极紫外光刻系统使用需求的高性能极紫外多层膜研制提供了理论依据和技术支撑,为后续面向商业化运行的极紫外光刻系统多层膜光学元件研制奠定了技术基础。
吴文娟[10]2007年在《极紫外和软X射线窄带多层膜的研究》文中研究表明自上世纪70年代以来，极紫外、软X射线和X射线多层膜理论和技术得到了飞速发展。具有高反射性和良好稳定性的多层膜元件，已在天文学、显微学、材料科学、同步辐射应用和等离子体诊断等领域内获得了广泛应用。但在高光谱分辨率的测试，如天文物理、飞秒激光产生高次谐波的选频、低原子序数材料的荧光分析和窄带偏振测量等，多层膜的带宽还不能满足窄带宽的要求。因此，迫切需要发展窄光谱带宽的多层膜。 本文首先简述了多层膜的基本理论、样品制备所采用的磁控溅射方法及其设备，然后基于多层膜带宽产生机理，详细研究了几种提高多层膜反射镜光谱分辨率，制备窄带多层膜的方法。 第一种方法是将多层膜的高反射率和光栅的高分辨率结合起来，在W／C和Mo／Si周期多层膜上进行刻蚀，制成多层膜光栅，其带宽比原来的周期多层膜窄。用平均密度法确定不同刻蚀情况下材料的光学常数，用递推方法计算了多层膜光栅和常规多层膜带宽的性能，结果表明多层膜光栅的光谱分辨率比常规多层膜有一定的提高。用磁控溅射方法制作了W／C和Mo／Si周期多层膜，W／C多层膜光栅是用离子束刻蚀方法完成制作的。由于Mo／Si多层膜的总厚度太大，无法使用离子束刻蚀完成，因而选用反应离子刻蚀的方法。X射线掠入射衍射测试结果表明：W／C多层膜和Mo／Si多层膜经过光刻和刻蚀后周期结构没有发生变化，W／C多层膜带宽有一定的减小。但Mo／Si多层膜的带宽基本保持不变。用同步辐射和激光等离子体做光源进行的测试表明：Mo／Si刻蚀多层膜反射率峰值的位置向低能端移动，反射率有减小，这与理论设计相一致，但带宽变化较小，这与理论计算结果有一定差距。本文讨论了出现这种差别的原因。 二是根据材料在不同波段的特性，选用不同的低原子序数材料组成的周期多层膜来代替常规周期多层膜。在14nm波长处，设计和制备了Si／B_4C、Si／C和Si／SiC多层膜，并将其性能与Mo／Si多层膜性能进行了比较，同步辐射测试结果与设计结果符合，Si／B_4C、Si／C和Si／SiC多层膜的带宽都比Mo／Si多层膜小，但反射率有所下降，其中Si／SiC多层膜的带宽最小，为0.18nm。在30.4nm波长处，设计和制备了Si／C、Si／B_4C、Si／Mo／B_4C、Si／SiC、Mg／SiC和Mo／Si多层膜，同步辐射测试结果与理论计算基本一致，Mg／SiC多层膜的带宽最小，为1.44nm。在高
参考文献：
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[3]. 软X射线多层膜膜厚分布均匀性控制研究[D]. 林炳. 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）. 2002
[4]. 软x射线激光多层膜反射镜及分光元件的研制[D]. 易葵. 浙江大学. 2002
[5]. X射线超反射镜设计、制作与表征[J]. 王占山, 王风丽, 张众, 程鑫彬, 秦树基. 中国科学G辑:物理学、力学、天文学. 2005
[6]. 类镍钽软X射线激光用高反射镜的研究[D]. 王蓓. 同济大学. 2007
[7]. 极紫外和软X射线多层膜光学[J]. 王占山, 吴永刚, 陈玲燕. 同济大学学报(自然科学版). 2002
[8]. 基于模拟退火的软X射线多层膜反射镜设计[J]. 胡家升, 宋利民. 光电子·激光. 2004
[9]. 极紫外多层膜膜厚梯度控制及抗热损伤研究[D]. 喻波. 中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所). 2016
[10]. 极紫外和软X射线窄带多层膜的研究[D]. 吴文娟. 同济大学. 2007