类镍钽软X射线激光用高反射镜的研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 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