X射线干涉光刻偏转聚焦系统热载影响与分析

为缩短实验前的等待时间，减小热辐射对光学元件的损伤以及热变形对实验的影响，充分利用同步辐射X射线获得稳定有效的实验结果，对X射线干涉光刻(XIL)光束线偏转聚焦系统进行了热结构耦合分析。针对上海光源(SSRF)的光源参数，计算偏转聚焦系统所受的热功率密度分布，在此基础上对偏转聚焦系统在相同载荷、不同边界条件下进行了瞬态热平衡分析，得到双柱面镜M1、M2达到热平衡所需的时间、温度分布，并做了比较分析。结果表明，对XIL光束线上偏转聚焦系统的M1、M2采用间接水冷方式可削弱热载效应，达到热平衡的时间分别由8677 s和7850 s缩短到960 s和840 s，最高温度分别由182.73 ℃和129.73 ℃降低到57.94 ℃和47.29 ℃，此时的最大面形误差分别为7.23 μrad和9.24 μrad，缩短了从开机到实验的等待时间，在提高实验效率的同时能够获得稳定有效的实验结果。     

前置平面镜热负载对变包含角平面光栅单色器分辨率的影响

针对变包含角平面光栅单色器前置平面镜（PM）受热负载而导致的单色器分辨率降低问题,提出优化聚焦常数（C_ff）补偿分辨率的方法。首先,计算不同C_ff值时PM的热功率吸收谱,在此基础上对镜面热负载进行热-结构耦合分析,得到不同热负载时PM表面热变形的变化量;然后,结合理想分辨率公式和光线追迹软件求出加热负载的单色器分辨率;最后,优化C_ff实现分辨率的补偿。研究结果表明,以软X射线谱学显微光束线站为例,当出射光能量为1 000 eV时,将C_ff由1.8优化至1.84,单色器分辨率即可与无热负载时的相同,该优化方法可有效补偿单色器分辨率的降低。     

前置平面镜热负载对变包含角平面光栅单色器分辨率的影响

针对变包含角平面光栅单色器前置平面镜(PM)受热负载而导致的单色器分辨率降低问题,提出优化聚焦常数(C ff)补偿分辨率的方法。首先,计算不同C ff值时PM的热功率吸收谱,在此基础上对镜面热负载进行热-结构耦合分析,得到不同热负载时PM表面热变形的变化量;然后,结合理想分辨率公式和光线追迹软件求出加热负载的单色器分辨率;最后,优化C ff实现分辨率的补偿。研究结果表明,以软X射线谱学显微光束线站为例,当出射光能量为1 000 eV时,将C ff由1.8优化至1.84,单色器分辨率即可与无热负载时的相同,该优化方法可有效补偿单色器分辨率的降低。     

Design optimization of broadband extreme ultraviolet polarizer in high-dimensional objective space

With the purpose of designing the extreme ultraviolet polarizer with many objectives, a combined application of multi-objective genetic algorithms is theoretically proposed. Owing to the multi-objective genetic algorithm, the relationships between different designing objectives of extreme ultraviolet polarizer have been obtained by analyzing the distribution of nondominated solutions in the four-dimensional objective space, and the optimized multilayer design can be obtained by guiding the searching in the desired region based on the multi-objective genetic algorithm with reference direction. Compared with the conventional method of multilayer design, our method has a higher probability of achieving the optimal multilayer design. Our work should be the first research in optimizing the optical multilayer designs in the high-dimensional objective space, and our results demonstrate a potential application of our method in the designs of optical thin films.     

软X射线谱学显微光束线单色器结构设计及精度测试

针对上海光源谱学显微光束线站的性能要求,对其核心部件单色器进行结构设计。阐述了单色器的扫描运动原理,论述了波长扫描机构的设计方案,具体分析平面镜和光栅的转角重复精度影响因素;描述光栅切换机构,着重分析其水平偏差、垂直偏差、滚角、摆角和投角的精度问题;采用六杆并联机构的方案完成镜箱调节机构的设计,分析其支杆的调节范围和分辨力情况。给出了单色器的结构,并且对其精度进行了测试。测试结果表明,平面镜和光栅的转角重复精度分别为0.166″和0.149″;光栅切换机构的滚角、摆角和投角的重复精度分别为0.08″、0.12″和0.05″。这说明了单色器的结构设计方案和机械精度满足技术要求。     

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。