基于多层膜技术的硬X射线Laue透镜衍射效率的理论研究

采用耦合波理论分析了X射线在多层膜Laue透镜中的传播,选择Cu的Kα线作X射线光源,计算了多层膜Laue透镜的衍射效率.材料为WSi2/Si,最外层宽度为10 nm,深度为8 500 nm的多层膜Laue透镜,倾斜情况下外层区域局部光栅的衍射效率可达59%,理论上证明了多层膜Laue透镜是实现X射线聚焦的有效手段.     

4.75 keV能点四通道Kirkpatrick-Baez显微镜

基于CH柱形靶压缩实验的时间分幅诊断需求,研制了4.75 keV能点四通道Kirkpatrick-Baez(KB)显微镜。进行了四通道KB系统的光学设计、像质模拟和分析。采用支撑锥芯的方式解决了四通道KB物镜的集成装配问题,并通过4.75 keV+8 keV双能点多层膜完成了实验室内的KB系统装调。该套系统在神光Ⅱ装置成功进行了像质考核实验,获得了高分辨的四象限网格图像,成像间距符合设计要求,具备了开展时间分幅惯性约束聚变物理实验的条件。     

基于遗传算法的30.4 nm多层膜设计

阐述了用遗传算法设计周期和非周期多层膜的原理和实现过程,完成了30.4 nm Mg/SiC周期和非周期多层膜设计,研究了遗传算法中不同种群数和多层膜膜厚取值范围对优化结果的影响.计算发现,种群数的恰当选取是使算法快速达到或逼近最优解的前提,膜厚取值范围的合理选择是提高算法效率的关键.设计得到入射角10°的周期多层膜和15°~22°范围内的宽角多层膜在波长30.4 nm处的反射率依次为56.57%与39.96±0.29%,5°入射的双功能多层膜在波长30.4 nm和58.4 nm处的反射率分别为54.1%和0.1%.结果表明遗传算法也是一种很好的多层膜设计方法.     

Study of X-ray Kirkpatrick-Baez imaging with single layer

The X-ray Kirkpatrick-Baez （KB） imaging experiment with single layer is implemented. Based on the astigmatism aberration and residual geometric aberration of a single mirror, a KB system with 16^x mean magnification and approximately 0.45°grazing incidence angle is designed. The mirrors are deposited with an Ir layer of 20-am thickness. Au grids backlit by X-ray tube of 8 keV are imaged via the KB system on scintillator charge-coupled device （CCD）. In the ±80 #m field, resolutions of less than 5 #m are measured. The result is in good agreement with the simulated imaging.     

亚飞秒啁啾Mo/Si多层膜反射镜的设计、制作与性能检测

针对利用高次谐波获取亚飞秒脉冲的实验需求,设计制备了啁啾为-2 800 as2的啁啾Mo/Si多层膜反射镜.数值计算表明,采用所设计的啁啾多层膜反射镜可以获得86 as的脉冲.通过直流磁控溅射方法实现了Mo/Si多层膜样品的制备.在合肥同步辐射上进行了多层膜反射率的测量,在所设计的工作波长内,多层膜的平均反射率为5.6±2.3%.在考虑最上层Si的氧化作用后,对测量曲线进行拟合,得到的反射率曲线和膜层厚度分布分别与测试曲线和设计结果相吻合.     

在19.5 nm处高反在30.4 nm处抑制的双功能薄膜

 研究了极紫外波段的双功能光学元件。采用周期膜叠加的思想,运用遗传方法优化设计了在19.5 nm处高反,在30.4 nm处抑制的双功能多层膜。采用磁控溅射技术制备了多层膜,利用X射线衍射仪测试了多层膜的结构,在国家同步辐射实验室测试了双功能多层膜的反射特性。结果表明：制备出的双功能膜性能与设计相符,在入射角13°,19.5 nm处的反射率达到33.3%,接近传统的19.5 nm周期高反膜的反射率,并且在30.4 nm附近将反射率由1.1%降到9.6×10^-4。     

Picosecond Pulse Laser Microstructuring of silicon

We report the experimental results of picosecond pulse laser microstructurlng (pulse duration 35 ps, wavelength 1.06μm, repetition rate 10 Hz) of silicon using the direct focusing technique. Arrays of sharp coldcal spikes located below the initial surface have been formed by cumulative picosecond pulsed laser irradiation of silicon in SF6. Irradiation of silicon surface in air, N2, or vacuum creates ripple-like patterns, but does not create the sharp conical spikes.     

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。     

2.5 keV能点多层膜KB显微镜成像性能

研究了Kirkpatrick-Baez（KB）显微镜成像系统的结构设计、元件制备。通过分析掠入射角、放大倍数和反射镜曲率半径对成像系统调制传递函数（MTF）的影响,确定了KB显微镜系统的初始结构参数,实现了2.5 keV能点多层膜KB显微镜的设计、制备以及装调,在神光Ⅱ强激光装置上完成了像质标定实验。结果表明:2.5 keV能点多层膜KB显微镜在100 m视场内观测周期为20 m平面调制靶时的MTF高于0.6,与OMEGA装置同类型KB系统的空间分辨能力相当,明显优于现有的针孔相机和点投影成像技术。该显微镜与条纹相机配合,已成功实现对短扰动波长平面调制靶烧蚀演化行为的动态诊断。     

基于评价函数的极紫外多层膜反射式起偏器和检偏器设计

 基于三种不同评价函数,利用全局优化算法设计了极紫外波段高性能反射式多层膜偏振元件。通过比对不同评价函数的设计结果,分析了评价函数、工作角度及膜层数对反射式多层膜偏振片性能的影响,确定了极紫外多层膜反射式偏振片设计的角度选择、膜层数选择及评价函数选择标准。为解决传统的单一性能优化造成的偏振度损失的问题,构造了偏振比对数结合反射率的评价函数,该方法设计的偏振元件性能优于传统优化方法设计的结果。