同济大学 精密光学工程技术研究所 物理系，上海 200092
为提高Mo/Si多层膜的稳定性与使用寿命，通过分析多层膜驻波电场的分布，对表面保护层及多层膜最上层材料的厚度进行优化设计，使优化后的反射率最高.计算表明，一定厚度的表面保护层总对应一个最优的最上层材料厚度.在13.36 nm波长，膜对数为50的Mo/Si多层膜10度入射的理论反射率为74.47%；当添加厚度为2.3 nm的Ru作为表面保护层，对应多层膜最上层Si的优化厚度为3.93 nm，其理论反射率为75.20％.设计结果表明，通过优化设计表面保护层，可以提高多层膜稳定性，改善多层膜性能.
薄膜光学 多层膜 表面保护层 驻波电场分布 反射率 Thin film optics Multilayer Capping layers Electrical field Reflectivity
1 同济大学 物理系 精密光学工程与技术研究所，上海 200092
2 中国科学院 高能物理所 同步辐射实验室，北京 100039
3 中国科技大学 国家同步辐射实验室，安徽 合肥 230029
研究了极紫外宽带多层膜偏振光学元件,包括反射式检偏器与透射式相移片.基于Mo/Si非周期多层膜结构,采用解析与数值优化相结合的方法进行了多层膜的设计;采用磁控溅射技术制备了多层膜.利用X射线衍射仪对非周期多层膜的结构进行了表征,利用德国BESSY-Ⅱ同步辐射实验室的偏振测量仪对多层膜的偏振特性进行了测试.测量结果表明,在13～19 nm波段,s偏振分量的反射率高于15%;在15～17 nm波段,获得了37%的反射率.宽带多层膜同样可作为宽角偏振光学元件,在13.8～15.5 nm波段,宽带透射相移片的平均相移为41.7°.采用所研制的宽带多层膜相移片与检偏器,建立了宽带偏振分析系统,并对BESSY-Ⅱ的UE56/1 PGM1光束线的偏振特性进行了系统研究.这种宽带多层膜偏振光学元件可以极大地简化极紫外偏振测量.
偏振光学元件 多层膜 相移片 检偏器 极紫外 同步辐射 polarization element multilayer phase retarder polarimeter extreme ultraviolet synchrotron radiation 光学 精密工程
2007, 15(12): 1886
同济大学 精密光学工程技术研究所，上海 200092
介绍了用X射线反射测量术表征双层薄膜中低原子序数材料特性的方法.由于低原子序数材料的光学常数与Si基板材料的光学常数非常接近,用X射线反射法确定镀制在Si基板上的低原子序数材料膜层结构的变化十分困难,因此,提出了在镀制低原子序数材料前,首先在基板上镀制一层非常薄的金属层的方法.实验中,选用cr作为金属层材料,制备并测试了三种不同C膜镀制时间的Cr/C双层薄膜.反射率曲线拟合结果表明,C膜密度约为2.25 g/cm3,沉积速率为0.058 nm/s.
X射线衍射仪 低原子序数材料 反射率测试 薄膜 XRD low-Z material reflectivity measurement thin films 光学 精密工程
2007, 15(12): 1838
同济大学,精密光学工程技术研究所,物理系,上海,200092
阐述了50～110 nm强吸收波段亚四分之一波长多层膜的设计方法.这种膜系是由强吸收材料叠加而成,每层膜光学厚度小于四分之一个波长.与常规周期多层膜相比,这种膜系更适用于提高强吸收波段的反射率.利用该方法设计了50 nm处高反射多层膜,并以此为初始条件通过Levenberg-Marquart优化方法完成了50～110 nm强吸收波段宽带高反射率Si/W/Co多层膜的设计,其平均反射率达到45%.采用直流磁控溅射方法制备了Si/W/Co多层膜,用X射线衍射仪(XRD)对膜层结构进行了测试,测试结果表明制作出的多层膜结构与设计结构基本相符.
亚四分之一波长 多层膜 极紫外 高反射率 磁控溅射
同济大学物理系精密光学工程技术研究所, 上海 200092
针对4.48 nm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4.48 nm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Bessy Ⅱ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。
X射线光学 软X射线 多层膜 磁控溅射 反射率
同济大学精密光学工程技术研究所 物理系,上海 200092
设计并制备了工作波长为4.48 nm类镍钽软X射线激光用多层膜反射镜.选择Cr/C、Cr/Sc为多层膜材料对,模拟了多层膜非理想界面对多层膜反射率的影响.采用直流磁控溅射技术在超光滑硅基片上制备了Cr/C、Cr/Sc多层膜.利用X射线衍射仪测量了多层膜结构,在德国Bessy Ⅱ同步辐射上测量了多层膜的反射率,Cr/C,Cr/Sc多层膜峰值反射率分别为7.50%,6.12%.
X光激光 多层膜 反射镜 磁控溅射 同步辐射
1 同济大学精密光学工程技术研究所,物理系,上海,200092
2 中国科技大学国家同步辐射实验室,安徽,合肥,230029
设计并制备了窄带Mo/Si多层膜反射镜.利用高反射级次和减小Mo层厚度两种方法减小Mo/Si多层膜反射镜光谱宽度.对Mo层厚度分别为2 nm和3 nm的Mo/Si多层膜,设计了反射级次分别从1到6的多层膜系.制备方法采用直流磁控溅射技术,在国家同步辐射光谱与计量站上测试.结果表明,带宽随着反射级次增加而减少,在同一反射级次,Mo层厚度为2 nm的多层膜反射光谱带宽较小.
窄带 多层膜 反射率 高级反射 同步辐射
同济大学物理系精密光学工程技术研究所,物理系,上海,200092
选用能制备小周期的钨/硅(W/Si)作为膜层材料对,着重研究最小膜层厚度对X射线非周期多层膜光学性能的影响.基于矩阵法计算多层膜反射率和单纯形数值优化方法,设计了入射光子能量为8.0keV,掠入射角的宽度分别为0.85°～1.10°,1.40°～1.70°的X射线超反射镜.结合实际实验制备技术,考虑了W/Si两种膜层材料的最小成膜厚度,确定了膜堆中最小膜层厚度为0.5nm～1.0nm.通过改变最小膜层厚度的值,优化设计了上述条件下的非周期多层膜并对其光学性能进行比较.结果表明:同一个工作波长下,随着多层膜工作角度(掠入射)的增加,膜堆中膜层的厚度减小,最小膜层厚度对其光学性能的影响增加,其光学性能变差.
非周期多层膜 光学性能 最小膜层厚度 掠入射角 X射线超反射镜
同济大学精密光学工程技术研究所,物理系,上海,200092
简要阐述了强吸收波段亚四分之一波长多层膜的设计方法.这种膜系是由强吸收材料叠加而成,每层膜光学厚度小于四分之一个波长.与常规周期多层膜相比,这种膜系更适用于提高强吸收波段的反射率.利用该方法设计了50nm～110nm波段宽带高反膜的初始膜系,通过Levenberg-Marquart方法对初始膜系进行优化,从而得到宽波段的平坦反射率,其平均反射率达到45%.
亚四分之一波长 多层膜 极紫外 宽波段 高反射率
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Precision Optical Engineering, Physics Department, Tongji University, Shanghai 200092
2 National Synchrotron Radiation Laboratory, University of Science and Technology of China, Hefei 230029
The B4C/Mo/Si high reflectivity multilayer mirror was designed for He-II radiation (30.4 nm) using the layer-by-layer method. The theoretical peak reflectivity was up to 38.2% at the incident angle of 5 degrees. The B4C/Mo/Si multilayer was fabricated by direct current magnetron sputtering and measured at the National Synchrotron Radiation Laboratory (NSRL) of China. The experimental reflectivity of the B4C/Mo/Si multilayer at 30.4 nm was about 32.5%. The promising performances of the B4C/Mo/Si multilayer mirror could be used for the construction of solar physics instrumentation.
极紫外光学 多层膜 磁控溅射 同步辐射 He-II谱线 230.4170 Multilayers 340.7470 X-ray mirrors 340.6720 Synchrotron radiation Chinese Optics Letters
2006, 4(10): 611
