类镍钽软X射线激光用高反射镜的研究

摘要

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。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1引言

1.2多层膜高反射镜的研究进展

1.2.1多层膜的进展

1.2.2软X射线多层膜的进展

1.2.3类镍钽软X射线激光用高反射镜的进展

1.3类镍钽软X射线激光用高反射镜的应用

1.4课题背景和研究内容

第2章类镍钽软X射线激光用高反射镜的设计

2.1引言

2.2多层膜材料对的选择

2.2.1软X射线波段材料的光学常数

2.2.2多层膜材料对的选择

2.3类镍钽软X射线激光用多层膜的结构设计

2.3.1软X射线多层膜理论

2.3.2类镍钽软X射线激光用高反射镜的结构优化设计

2.4类镍钽软X射线激光用多层膜性能的模拟计算

2.4.1 Cr/C、Co/C、Cr/Sc多层膜理论反射率的比较

2.4.2界面宽度σ对峰值反射率影响的理论计算

2.4.3多层膜在0.154nm波长处反射特性的理论分析

2.5小结

第3章类镍钽软X射线激光用高反射镜的制备

3.1引言

3.2多层膜制备方法

3.3磁控溅射介绍

3.3.1溅射的原理

3.3.2磁控溅射的原理

3.3.3磁控溅射设备介绍

3.4镀膜沉积速率标定与多层膜的结构检测

3.4.1 X射线小角反射测量介绍

3.4.2镀膜沉积速率标定

3.5多层膜的制备工艺研究

3.5.1充气方式比较

3.5.2基片偏压的比较

3.5.3功率比较

3.6设计参数选优

3.7小结

第4章类镍钽软X射线激光用高反射镜的检测与结果分析

4.1引言

4.2 X射线衍射仪对多层膜结构的测量与分析

4.2.1高分辨率X射线衍射仪小角反射测试结果与分析

4.2.2 X射线散射测量结果的介绍与分析

4.3同步辐射测量

4.3.1同步辐射测量介绍

4.3.2同步辐射的测试结果介绍

4.4测量结果的拟合与分析

4.5小结

第5章全文总结

5.1主要研究内容

5.2论文主要创新点

5.3需要进一步解决的问题

致谢

参考文献

个人简历 在学期间发表的学术论文及研究成果