双晶单色器束线调试的理论计算

本文报道了在北京同步辐射实验室4W1B光束线双晶单色器的安装调试过程中所做的理论计算.给出了单色光强度、能量分辨率及能量的准确性与各个可调整自由度的关系.由计算结果,提出了合理的双晶单色器调整步骤及各个自由度的调整精度要求.     

极高分辨变包含角平面光栅单色器关键技术及检测方法研究

变包含角平面光栅单色器具有分辨率高和光通量高等优点,被广泛应用于各科研领域,并且随着相关领域研究的不断深入,迫切需要提高其光谱分辨率,以满足使用需求。为研究探索极高分辨率变包含角平面光栅单色器,结合上海同步辐射光源光束线,重点研究影响单色器分辨率的关键因素;对单色器光学元件表面热负载进行分析,设计冷却系统,降低热负载产生的影响;研究变包含角平面光栅单色器转角精度等检测方法。结果表明,根据推导出的变包含角平面光栅单色器光学放大倍数与单色器分辨率的关系式,达到优选极高分辨率工作模式的目的;加入冷却系统后,单色器前置平面镜因受热负载影响而产生的最大斜率误差由8.1μrad降到3.1μrad;设计可应用于变包含角光栅单色器分辨率达5×10~4的转角精度检测方法,检测精度可达0.026″。该研究将为第三代同步辐射光源中建造极高分辨变包含角单色器提供帮助。     

软X射线多层膜反射式偏振光学元件设计

叙述了软X射线波段反射式多层膜起偏器和检偏器的设计原则和设计方法,计算了不同波段软X射线反射式多层膜起偏器和检偏器的性能,讨论了多层膜制作过程中,表界面误差(表面粗糙度和扩散)对起偏器和检偏器性能的影响,探讨了光谱分辨率对偏振元件测试过程的影响,这些设计、计算和分析为制作实用软X射线多层膜偏振光学元件提供了理论基础。     

大尺寸高性能X射线双通道多层膜反射镜研制

为满足同步辐射装置中X射线单色器的需求,在直线式磁控溅射设备上制备了W/Si和Ru/C双通道多层膜反射镜。制备的W/Si多层膜和Ru/C多层膜的周期厚度均为3 nm,平均界面宽度分别为0.30 nm和0.32 nm。在320 mm长度范围和20 mm宽度范围内,W/Si多层膜膜厚误差的均方根值分别为0.30%和0.19%,Ru/C多层膜膜厚误差的均方根值分别为0.39%和0.20%。对制备的样品进行了表面形貌测试和非镜面散射测试,对比了W/Si多层膜和Ru/C多层膜的表面和界面粗糙度大小。硬X射线反射率测试结果表明,W/Si多层膜和Ru/C多层膜在8.04 keV能量点处的一级布拉格峰测试反射率分别为63%和62%,角分辨率均为2.6%。基于以上研究,在尺寸为350 mm×60 mm的高精度Si平面镜表面镀制了W/Si和Ru/C双通道多层膜,并且其被成功应用于上海同步辐射光源线站中。     

多层膜闪耀光栅衍射的运动学研究

用 X射线运动学理论对软 X射线多层膜闪耀光栅的衍射特性进行了详细的研究 ,得到了衍射规律的一般表达式 ,讨论了产生衍射极大值的条件、光谱特性 ,不同于光栅和多层膜的色散特性。以及用作软 X射线单色器的一般性问题。发现只要选择合适的光栅参数 ,便可以将衍射光的大部分能量集中到某一个非零衍射级上。     

高分辨电子显微学的新进展 --走向亚埃电子显微时代

简要介绍了高分辨电子显微学的最新进展．特别指出，随着空间分辨率突破1A和亚埃分辨率的电子显微镜的快速普及，电子显微学及相关研究领域将进入一个快速发展的阶段．装备有球差校正器和能量单色器的新一代电子显微镜将很快进入实验室，给出高质量的原子结构图像（分辨率优于1A）和高能量分辨率的电子能量损失谱（优于0．1eV）．这一进展将对晶体结构学、材料科学、物理学、纳米科学及生命科学产生重大影响，也为解决很多重要结构问题提供新机遇．     

X射线连续谱晶体单色器的分辨率

本文讨论了在连续X射线谱的情况下,例如EXAFS谱时,晶体单色器的能量色差。根据连续谱强度随能量变化很小的特点,将其强度看作一常量,提出了计算平晶及Johann,Johansson弯晶单色器平均分辨率的计算方法。同时也指出了以往文献中关于Johann法反射几何分析的一些不当之处。并证明Johann法能得到比过去人们所估计的好得多的分辨率。 关键词：     

高分辨率电子能量损失谱在材料科学中的应用

简要介绍了FEI Titan80-300STEM扫描透射电镜中装配的Wien-filter型能量单色器(monochromator).文章特别指出,装配有能量单色器的FEI Titan80-300STEM扫描透射电镜,可以直接给出高能量分辨率(~0.1eV)的电子能量损失谱.利用高分辨电子能量损失谱,在高能损失区,对于K或L能级自然宽度(natural width of energylevel)小于0.5eV的元素,可以获得更细致的的近限精细结构(energy-loss near-edge structure),更有利于解析其电子结构;在低能损失区,可以用于精确地确定半导体材料的带隙(bandgap)以及p型掺杂引起的带隙能的变化.     

Johann单色器能量分辨率分析

Johann单色器是一种广泛应用的X光单色器,对其能量分辨率已有若干工作进行过分析.对此问题进行了进一步的分析,改进了已有的工作.将计算结果和已有公式的计算结果同时与SHADOW追迹结果进行比较,理论计算与追迹结果有更好地吻合,同时适用范围更大.     

多层平板雪崩式量能器的性能

作者第一次尝试将平板雪崩室应用于取样量能器. 文章讨论了这种类型量能器中可能存在的涨落因素, 给出了在单间隙PPAC上进行模拟测试及对多层PPAC量能器的实际测试的实验结果. 如果采用2mm厚的铅板作为吸收体的话, 能量分辨率可望达到17%/√E.     

多层膜优化设计方法

传统多层膜设计所用的全局寻优法的速度非常慢，有时还很难得到理想的膜系。根据Frensnel反射系数公式计算多层膜的反射率，利用单纯形法对软X射线和X射线波段多层膜进行调优，可在短时间内优化出最接近目标光学性能的多层膜膜系结构。计算了不同波长软X射线周期性多层膜的最高理论反射率。单纯形调优算法在保证优化结果与随机搜索法优化结果近似相同的基础上，使优化计算速度提高了十倍以上。同时还用单纯形调优法优化设计了X射线超反射镜，得到了非常理想的非周期膜系。     

基于多层膜偏振元件的同步辐射光束线偏振特性测量研究

利用自行研制的同步辐射软X射线多层膜综合偏振测量装置, 对北京同步辐射装置(BSRF)的3W1B软X射线光束线的偏振特性进行了系统的研究. 给出了多层膜偏振元件起偏前后的测量结果, 测量能量为206eV时, 经反射镜、光栅等光束线光学元件后输出的线偏振度(起偏前)为0.585, 经多层膜偏振元件起偏后输出光的 线偏振度达到0.995.     

短波长软X射线多层膜高级次峰设计与制备

考虑了短波长软X射线多层膜的设计问题，比较了一、二、三级布喇格衍射峰设计的反射率结果，分析了反射率与周期厚度及金属层在周期中的比率的关系．本文认为，在存在不连续金属膜层的情况下，用布喇格衍射峰的二级次设计，有助于获得实测的反射率．给出了利用磁控溅射方法沉积的Mo/Si多层膜在4.47nm处同步辐射测量，在60°入射角下获得8.5%实测反射率的结果． 关键词：     

8.0 nm反射式偏振膜的设计和制备

讨论了软X射线反射式偏振膜的设计原理和方法,利用设计软件模拟设计了8.0 nm处的Mo/B4C偏振膜.对影响多层膜性能的参量进行了详细的误差分析.利用磁控溅射镀膜机进行了偏振膜的制备研究,X射线小角衍射测量了多层膜的周期厚度,测量数据的拟合结果与设计值吻合很好.     

Design of X-ray super-mirrors using simulated annealing algorithm

An adaptive local search-based simulated annealing (ALSA) algorithm is proposed for the design of the wide band-pass multilayer optical elements operating in the hard and soft X-ray wavelength ranges. At present the SA algorithm has been kept as simple as possible and its performance is being studied before a series of modifications are made to tailor the SA algorithm to optimize super-mirror for particular applications. The algorithm has also been developed with two specific areas in mind: a W/C broad angle super-mirror for hard X-ray applications and a Mo/Si wide band super-mirror operating at normal incidence in the EUV spectral region. The design results show that the ALSA algorithm method has the flexibility to design a wide range of multilayer structures and in comparison to other techniques has good results although computationally more intensive.     

Mo/Si软X射线多层膜中厚度均匀性的精细控制

为了获得光学性质均匀的大面积软X射线多层膜,必须控制好周期结构中单层膜的厚度均匀性。为此建立了磁控溅射薄膜沉积技术中单层膜厚度均匀性的分析和控制模型,解释了基底变速转动法可用来获得膜厚均匀的多层膜,并根据理论分析获得了基底的变速路径。将其应用于基底公转速度变速法来制备均匀性可控的大面积Mo/Si软X射线多层膜。小角X射线衍射测试结果表明,采用优化后的变速路径制备的多层膜,样品不同位置的各级次衍射峰位都能很好吻合,说明多层膜的周期厚度基本一致。计算表明该方法在直径200mm范围内可将周期结构中Mo层的不均匀性从20.6%修正到1.1%,Si层的不均匀性从27.0%修正到1.6%。     

Space solar telescope in soft X-ray and EUV band

In this paper we have reviewed our achievements in soft X-ray and extreme ultraviolet (EUV) optics. Up to now, the research system of soft X-ray and EUV optics has been established, including light sources, detectors, calibrations, optical testing and machining of super smooth mirrors, and fabrications of multilayer film mirrors. Based on our achievements, we have developed two types of solar space telescopes for the soft X-ray and EUV space solar observations. One is an EUV multilayer normal incident telescope array including 4 different operation wavelength telescopes. The operation wavelengths of the EUV telescope are 13.0, 17.1, 19.5 and 30.4 nm. The other is a complex space solar telescope, which is composed of an EUV multilayer normal incident telescope and a soft X-ray grazing incident telescope. The EUV multilayer normal incident telescope stands in the central part of the soft X-ray grazing incident telescope. The normal incident telescope and the grazing incident telescope have a common detector. The different operation wavelengths can be changed by rotating a filter wheel.     

软X射线Mo/Si多层膜反射率拟合分析

由于多层膜的表界面粗糙度和材料之间的相互扩散等因素，导致多层膜的实际反射率小于理论计算的反射率，因此，多层膜结构参量的确定对镀膜工艺参量的标定具有重要意义。由于描述单个非理想粗糙界面散射的Stearns法适用于软X射线短波段区域，采用它的数学模型来描述软X射线多层膜的粗糙度，利用最小二乘法曲线拟合法对同步辐射测得的Mo／Si多层膜的反射率曲线进行拟合，得到了非常好的拟合结果，从而确定了多层膜结构参量，同时分析了多层膜周期厚度，厚度比率，界面宽度以及仪器光谱分辨率对多层膜反射特性的影响，这些工作都为镀膜工艺改进提供了一定的理论依据。     

23.4nm软X射线多层膜反射镜研制

为了满足类氖-锗X射线激光研究的需要,设计制备了23.4 nm软X射线多层膜反射镜.依据多层膜选材原则并考虑材料的物理化学特性选择新的材料Ti与Si组成材料对.设计优化材料多层膜的周期厚度(d),材料比例(Γ),周期数(N),计算出Ti/Si反射率曲线.通过实验优化各种镀膜工艺参数,制备出了23.4 nm的Ti/Si多...     

13.9 nm马赫贞德干涉仪用软X射线分束镜研究

 介绍了13.9 nm马赫贞德干涉仪用软X射线分束镜的设计、制备与性能检测。基于分束镜反射率和透过率乘积最大的评价标准，设计了13.9 nm软X射线激光干涉实验用多层膜分束镜。采用磁控溅射方法在有效面积为10 mm×10 mm、厚度为100 nm的Si3N4基底上镀制了Mo/Si多层膜，制成了多层膜分束镜。利用X射线掠入射衍射的方法测量了Mo/Si多层膜的周期。用扩束He-Ne激光束进行的投影成像方法定性分析了分束镜的面形精度，利用光学轮廓仪完成了分束镜面形精确测量。利用北京同步辐射装置测量了分束镜反射率和透射率，在13.9 nm处，分束镜反射率和透过率乘积达4%。使用多层膜分束镜构建了软X射线马赫贞德干涉仪，并应用于13.9 nm软X射线激光干涉实验中，获得了清晰的含有C8H8等离子体电子密度信息的动态干涉条纹。