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.

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.

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.

本文设计了惯性约束聚变(ICF)诊断实验用X射线Kirkpatrick－Baez(KB)显微镜，给出了系统的结构参量．使用ZEMAX光学软件对KB型显微镜进行了性能模拟，结果表明：在8keV能点，放大率为8倍时，轴上点的最佳空间分辨率小于2μm，200微米视场的空间分辨率优于10μm．采用磁控溅射方法制备了W／B₄C非周期多层膜，经X射线衍射仪(XRD，工作能量8keV)测量，其反射率为20%，带宽为0．3°，达到了KB型显微镜成像系统的要求．使用Cu靶X射线管进行了成像实验，得到了放大倍数分别为1倍和2倍的一维X射线像．

介绍了一种可应用于X射线Kirkpatrick-Baez(KB)显微镜的光学元件--X射线超反射镜.选用的W和B4C作为镀膜材料,膜对数为20,采用单纯型调优的方法实现了X射线超反射镜设计,用磁控溅射的方法在Si基片上完成了W/B4C X射线超反射镜的制备.采用高分辨率X射线衍射仪(8 keV)测量了X射线超反射镜的反射特性.制备的X射线超反射镜在掠入射角分别为1.052°和1.143°处,反射角度带宽为0.3°,反射率达到20%,可满足KB型显微镜的要求.

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.

对惯性约束聚变的一种重要诊断方法--Kirkpatrick-Baez型结构显微镜成像方法进行了研究.计算了Kirkpatrick-Baez型结构显微镜的主要像差,并分析得出:造成轴上点像差的主要因素是球差,占像差的94%.基于光线追迹方法模拟出这种结构的成像过程,比较了不同反射镜长随视场变化对物面分辨率的影响,发现为了保证物面的空间分辨率能达到ICF研究要求视场应尽量控制在200 μm以内.最终得出能量在8 keV、视场为200 μm,分辨率小于10 μm的Kirkpatrick-Baez型结构的模型.提出在装调过程中重要公差计算方法,得到数值孔径为0.003 7时,角度装调公差应在-0.087°～0.067°范围内.

给出了W/B4C、W/C、W/Si(钨/碳化硼、钨/碳、钨/硅)周期多层膜的制备和测量研究.用超高真空直流磁控溅射方法制备出周期在1.1～7.2 nm范围内的多层膜样品,采用X射线衍射仪(XRD)小角度测量方法检测多层膜的光学性能,并用透射电镜(TEM)对样品的微观结构进行了研究.结果表明:周期大于1.3 nm的多层膜样品的结构质量高,膜层结构清晰,界面粗糙度小;周期为1.15 nm的多层膜的膜层结构不是很明显;所有膜层均为非晶态,没有晶相生成.结果还表明:采用目前的溅射设备和工艺过程能够制备出满足同步辐?溆夤馐呱系ド饔枚嗖隳?

水窗波段是软X射线进行生物活细胞显微成像的最佳波段,因此对于水窗波段偏振光学元件的研究有着非常重要的意义。用菲涅耳公式计算出在水窗波段内不同材料组合对应不同波长的最大反射率,模拟分析了多层膜周期和表界面粗糙度对多层膜偏振光学元件性能的影响。用超高真空磁控溅射镀膜设备,制作出2.40 nm、3.00 nm和4.30 nm波长处W/B4C多层膜偏振元件,并用X射线衍射仪对元件的周期厚度进行了测量,得到的测量结果与设计值偏差很小,可以进行实际应用。为水窗波段反射式偏振光学元件的研究提供了理论依据,同时也为相应偏振光学元件的制备确定了合适的工艺参量。

结合X射线荧光分析和同步辐射单色器对窄光谱带宽多层膜的需求,开展了窄光谱带宽刻蚀多层膜光栅的理论和实验研究.用平均密度法从理论上阐明将多层膜刻蚀成不同刻蚀比的多层膜光栅后,光谱分辨率将得到提高.用磁控溅射方法制备了W/C多层膜,并用常规的光刻工艺对其进行刻蚀,得到了刻蚀后的多层膜光栅.掠入射X射线衍射测量表明,刻蚀后多层膜的衍射峰位置向小角方向移动,多层膜光栅没有改变剩余多层膜的结构,而且带宽减小,光谱分辨率得到提高,说明实验采用的工艺方法和工艺路线可以满足制作窄光谱带宽刻蚀多层膜光栅的要求.