低温退火的X射线W/Si多层膜应力和结构性能

W/Si多层膜反射镜在硬X射线天文望远镜中有重要应用. 为减小其应力对反射镜面形和望远镜分辨率的影响, 同时保证较高的反射率, 采用150, 175和200 ℃ 的低温退火工艺对采用磁控溅射镀制的W/Si周期多层膜进行后处理. 利用掠入射X射线反射测试和样品表面面形测试对退火前后W/Si多层膜的应力和结构进行表征. 结果表明, 在150 ℃ 退火3 h 后, 多层膜1级峰反射率和膜层结构几乎没有发生变化, 应力减少约27%; 在175 ℃ 退火3 h后, 多层膜膜层结构开始发生变化, 应力减少约50%; 在200 ℃退火3 h 后, 多层膜应力减小超过60%, 但1级布拉格峰反射率相对下降17%, 且膜层结构发生了较大变化. W, Si界面层的增大和相互扩散加剧是应力和反射率下降的主要原因.     

磁控溅射法制备极紫外6.8~11.0 nm波段Mo/B4C横向梯度多层膜

用直流磁控溅射法结合掩模板控制膜厚的方法在Si衬底上制备了工作于6.8~11.0 nm波段的[Mo/B₄C]₆₀横向梯度多层膜。利用X射线掠入射反射测试以及同步辐射反射率测试对梯度多层膜的结构及性能进行了测试。X射线掠入射反射测试结果表明，多层膜周期厚度沿着长轴方向从4.39 nm逐渐增加到7.82 nm，周期厚度平均梯度为0.054 nm/mm。对横向梯度多层膜沿长轴方向每隔5 mm进行了一次同步辐射反射率测试，结果显示，横向梯度多层膜在45°入射角下的反射率约为10%，反射峰的半高全宽介于0.13 nm到0.31 nm之间。     

软X射线多层膜与衰减膜研究

 本文采用随机数的方法，发展了一种普适的多层膜设计方法，这种方法除可设计一般的周期多层膜，更重要的是它可以根据选定的评价因子，设计不同要求的非周期多层膜。用磁控溅射方法完成软X射线多层膜制备，X射线衍射、卢瑟福背散射、俄歇电子谱和反射率的相对测试用来表征多层膜结构和特性，所得结果说明多层膜的结构完整，周期参数正确。用离子束溅射方法成功地制备了有一定反射率和透过率的软X射线半反半透分束镜；分析了Ag和Zr衰减膜中的杂质含量与分布及其对衰减膜特性的影响，并对衰减系数进行了修正，为实验提供优质的衰减膜。     

磁控溅射制备横向梯度分布的Mo/Si周期多层膜

 采用磁控溅射方法在Si基板上镀制了横向梯度分布的Mo/Si周期多层膜。以X射线掠入射反射测量了横向梯度多层膜的膜系结构,在基板65 mm长度范围内,多层膜周期从8.21 nm线性减小到6.57 nm,周期梯度为0.03 nm/mm。国家同步辐射实验室反射率计的反射率测试结果表明：该横向梯度分布周期多层膜上不同位置,能反射在13.3~15.9 nm波段范围内不同波长的极紫外光,反射率为60%~65%。     

磁控溅射材料沉积速率的定标方法的研究

介绍了一种利用磁控溅射制备多层膜速率的定标方法。用高精度磁控溅射镀膜设备在同一块基片上先后镀制了两种周期的多层膜,用X射线衍射仪对其进行掠入射衍射测量,测量数据经线性拟合,可同时求得两种多层膜的周期,进而得到镀膜速率。与常用的定标方法相比,该方法不仅可以得到与常用定标方法相同的实验结果,而且提高了工作效率。     

4.48 nm正入射软X射线激光用Cr/C多层膜高反射镜的研制

针对4.48nm类镍钽软X射线激光及其应用实验,设计制备了工作于这一波长的近正入射多层膜高反射镜。选择Cr/C为制备4.48nm高反射多层膜的材料对,通过优化设计,确定了多层膜的周期、周期数以及两种材料的厚度比。模拟了多层膜非理想界面对高反射多层膜性能的影响。采用直流磁控溅射方法在超光滑硅基片上实现了200周期Cr/C多层膜高反射镜的制备。利用X射线衍射仪测量了多层膜结构,在德国BessyⅡ同步辐射上测量了在工作波长处多层膜反射率,测量的峰值反射率达7.5%。对衍射仪测量的掠入射反射曲线和同步辐射测量的反射率曲线分别进行拟合,得到的粗糙度和厚度比的结果相近。测试结果表明,所制备的Cr/C多层膜样品结构良好,在指定工作波长处有较高的反射峰,达到了设计要求。     

多层光学薄膜周期厚度的双晶X射线掠入射研究

阐述了掠入射Ｘ射线测量薄膜厚度的条件，讨论和分析了掠入射Ｘ射线测量多层薄膜厚度的干涉原理和方法。利用双晶Ｘ射线衍射仪对多层光学薄膜的周期厚度进行了掠入射小角度测量，获得了令人满意的结果，测量值与设计值极好地吻合。     

非周期多层膜Kirkpatrick-Baez显微镜成像

从光线传播的角度分析了非周期多层膜Kirkpatrick-Baez(KB)显微镜的成像性能,并与单层膜KB显微镜、周期多层膜KB显微镜进行了对比。与单层膜KB显微镜相比,多层膜KB显微镜提高了工作掠入射角度,在同样分辨力和集光效率要求下具有更大的视场。周期多层膜KB显微镜的反射率和能量分辨本领高于非周期多层膜KB显微镜,但非周期多层膜元件具有较大的角度带宽和均一的反射率,克服了周期多层膜KB显微镜视场范围和像场均匀性的不足。在此基础上,制备了中心角度1.133 0°的非周期多层膜反射镜元件,以8 keV能量的X射线光管为背光源进行了KB显微镜成像实验,实验结果与理论分析一致。     

制备长波段X射线多层膜的新方法

叙述用离子束溅射镀膜机OXFORD进行X射线长波段多层膜实验及制备X射线多层膜光学元件方面的工作。简述离子束油射镀膜机的工作原理,X射线多层膜的制备过程,主要工艺参数,以及用X射线小角衍射仪对制备样品周期结构的检测和用软X射线反射率计测反射率的部分结果。     

X射线聚焦望远镜光学设计

X射线聚焦望远镜是X射线空间观测的重要设备,针对X射线聚焦望远镜光学设计工作,采用掠入射原理对X射线进行聚焦,利用蒙特卡罗算法仿真镜片面型和粗糙度对角分辨率影响,并确定了不同分辨率水平对镜片面型的不同需求;对X射线聚焦望远镜有效面积进行分析,并确定了膜层结构、层数与有效面积的关系,最终完成了焦距5.25 m、嵌套层数45层,有效面积为842和563 cm~2@6 keV的X射线聚焦望远镜设计.     

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.     

薄膜和多层膜的X射线散射方法与应用

文章主要介绍了几种X射线散射技术，包括X射线小角反射技术、X射线漫散射技术、掠入射X射线衍射和多晶薄膜的小角衍射技术。通过具体的事例说明这些X射线散射方法在薄膜研究中的应用。     

硬X射线微束掠入射实验的控制和数据采集系统及其应用

在国内发展了硬X射线微束掠入射实验方法，并将此具有微米级高空间分辨率的方法应用于纳米厚度薄膜的微区分析。该实验方法对分析样品表面或薄膜在微小区域的不均匀组分、结构、厚度、粗糙度和表面元素化学价态等信息具有重要意义。基于X射线全反射原理，以微聚焦实验站的高通量、能量可调的单色微束X射线为基础，通过集成运动控制、光强探测、衍射和荧光探测，设计了掠入射实验方法的控制和数据采集系统。此系统采用分布式控制结构，并基于Experimental Physics and Industrial Control System （EPICS）环境设计SPEC控制软件。通过建立SPEC和EPICS的访问通道，实现SPEC软件对EPICS平台上设备的控制和数据获取。在所设计的控制和数据采集系统中，运动控制系统控制多维样品台电机的运动，实现定位样品位置和调节掠入射角；光强探测系统则监测样品出射光强度，通过样品台运动控制和光强探测的联控，实现样品台的扫描定位控制；通过衍射和荧光探测系统获取不同入射深度下样品的衍射峰强度和荧光计数。此外，为准确控制掠入射角角度，必须确定样品平面与X射线平行的零角度位置，对此给出一种自动定位零角度的方法，编写了该方法的控制算法，设计了相应的控制软件。零角度自动化定位的扫描结果表明，实验系统微区分析的空间分辨率达到2.8 μm，零角度定位精度小于±0.01°。利用该系统在上海光源微聚焦实验站首次实现了具有自动化准确控制零角度的微束掠入射X射线衍射和荧光同步表征的实验方法，实验中被测样品为10 nm Au/Cr/Si薄膜材料，Si基底最上层为10 nm厚的Au薄膜，其间为一层很薄的Cr粘附层。在不同掠入射角下测量样品的衍射信号，获取不同入射深度下样品的衍射峰强度，并实现在同一掠入射角下，同步采集样品的荧光计数信号，从而确定了样品表层的相结构信息以及荧光信号强度与入射角关系，实现了对纳米厚度薄膜在微小区域的相结构和组分分析。此外，通过该技术能够选取荧光计数最大值对应的入射角度，有助于提高后续发展的低浓度样品掠入射X射线吸收近边结构实验方法的信噪比。     

KBA型X射线显微镜精度控制方法

KBA(改进的KB)型X射线显微镜为掠入射非共轴反射成像系统.前一组反射镜和后一组反射镜之间并不是严格垂直的,给像质分析带来相当大的困难.通常的光学CAD软件难于适应这种光学系统.把共轴球面折射系统的向量公式调整后设计了掠入射非共轴KBA显微镜成像系统程序,并用该程序分析了KBA系统的像差及综合误差.分析结果表明,KBA显微镜系统是大像差系统,当物距公差为-0.4～ 1 mm,掠入射公差在-8"～0,双反射镜夹角公差在-20"～0,弥散斑的变化在允许的范围内.该程序对于分析和研制KBA显微镜系统具有重要意义.     

High resolution X-ray diffraction investigation of epitaxially grown SrTiO3 thin films by laser-MBE

SrTiO3 thin films are epitaxially grown on DyScO3, LaAlO3 substrates with/without buffer layers of DyScO3 and SrRuO3 using laser-MBE. X-ray diffraction methods, such as high resolution X-ray diffraction, grazing incident X-ray diffraction, and reciprocal space mapping are used to investigate the lattice structure, dislocation density, in-plane lattice strain distribution along film thickness. From the measurement results, the effects of substrate on film lattice quality and microstructure are discussed.     

掠入射凹面光栅谱仪高级次衍射光谱相对效率测量

 测量了波长2.847、3.373、4.027、9.873和10.24nm谱线的一级和高级次光谱强度。给出了以一级光谱强度为标准的高级次衍射光谱的相对效率,并对测量结果进行了分析、讨论。     

小型掠入射式近边X射线吸收谱仪的设计

近边X射线吸收精细结构(NEXAFS)谱包含了吸收原子的局域结构信息,由于其适用范围广,灵敏度高,已经成为研究物质结构的重要手段之一。为了研究有机物的碳1s NEXAFS谱,本文基于气体激光等离子体X射线光源,采用具有平场特性的凹面变线距光栅作为分光元件,面阵CCD作为光谱探测器,设计了一台小型掠入射式近边X射线吸收谱仪。通过优化光栅和CCD的装配方案,得到了入射角88.6°的装配参数。利用光线追迹法分析了谱仪的分辨率,该谱仪工作波段2~5 nm,在4.4 nm处分辨率可达666。通过分析各结构参量误差对谱线半高宽的影响发现,半高宽对入射角的误差最为敏感,优化的装配方案可以实现入射角的高精度调节。利用氮气等离子体光谱测试了光谱仪的性能,结果显示分辨率达到设计指标。     

一种复合型空间软X射线--极紫外波段望远镜设计

根据空间对日观测的需要,提出了一种复合型宽波段范围的软X射线———极紫外望远镜的设计方案。该望远镜是把小结构尺寸的卡塞格林型极紫外波段正入射望远镜放置在软X射线波段,并由常用的Wolter Ⅰ型掠入射望远镜的中心部分组成。在软X射线和极紫外波段具有相同的焦距和视场角,共同使用同一个探测器,外形尺寸与相同指标的掠入射型望远镜一致,且在极紫外波段具有较高的角分辨率和光谱分辨率,适合于在空间进行对日观测使用。     

掠入射低功率密度驱动Ni-like AgX射线激光的理论研究

 用系列程序对掠入射方式驱动亚稳态类镍银的碰撞激发机制进行数值模拟。结果发现：与正入射方式相比，掠入射在1.2×10¹³ W·cm^-2低功率密度驱动时，驱动激光能量主要沉积在增益区附近，可以大幅度提高增益区的电子温度，也可以大幅度提高增益系数。通过对预主脉冲时间间隔和掠入射角的优化，采用10.5 ns延迟时间和16°的掠入射角，可使有效增益系数达到23.8 cm^-1，比正入射提高84％。用13 J驱动激光能量就可以获得增益长度积为23.8的深度饱和增益。