1 同济大学物理科学与工程学院精密光学工程技术研究所，上海 200092
2 上海大学理学院，上海 200444
3 中国科学技术大学国家同步辐射实验室，安徽 合肥 230029
Mo/Si多层膜是13.5 nm极紫外波段理想的反射镜膜系，它与极紫外光源的结合使得极紫外光刻成为了目前最先进的制造手段之一。极紫外光源的实际应用对Mo/Si多层膜提出了高反射率、高热稳定性、抗辐照损伤、大口径等诸多要求。针对极紫外光源用Mo/Si多层膜面临的膜厚梯度控制和高温环境问题，利用掩模板辅助法对大口径曲面基底上不同位置处的多层膜膜厚进行修正；选择C作为扩散阻隔层材料，对磁控溅射法制备的Mo/Si、Mo/Si/C和Mo/C/Si/C三种多层膜在300 ℃高温应用环境下的热稳定性展开了研究。研究结果表明：通过掩模板辅助的方式能够将300 mm口径曲面基底上不同位置处的Mo/Si多层膜膜厚控制在预期厚度的±0.45%以内，基底上不同位置处Mo/Si多层膜的膜层结构和表面粗糙度基本相同；引入C扩散阻隔层后，经过300 ℃退火，Mo/Si多层膜的反射率损失从9.0%减少为1.8%，说明C的引入能够有效减少高温对多层膜微结构的破坏和对光学性能的影响，提高了多层膜的热稳定性。
激光光学 极紫外光源 Mo/Si多层膜 磁控溅射 膜厚控制 热稳定性
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Precision Optical Engineering, MOE Key Laboratory of Advanced Micro-Structured Materials, Shanghai Frontiers Science Center of Digital Optics, Shanghai Professional Technical Service Platform for Full-Spectrum and High-Performance Optical Thin Film Devices and Applications, School of Physics Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China
2 Research Center of Laser Fusion, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621900, China
Curved crystal imaging is an important means of plasma diagnosis. Due to the short wavelengths of high-energy X rays and the fixed lattice constant of the spherical crystal, it is difficult to apply the spherical crystal in high-energy X-ray imaging. In this study, we have developed a high-energy, high-resolution X-ray imager based on a toroidal crystal that can effectively correct astigmatism. We prepared a Ge toroidal crystal for backlighting Mo Kα1 characteristic lines ( keV) and verified its high-resolution imaging ability in high-energy X-ray region, achieving a spatial resolution of 5–10 µm in a field of view larger than 1.0 mm.
laser plasma diagnostics toroidal crystal monochromatic X-ray imaging Chinese Optics Letters
2023, 21(10): 103401
同济大学 物理科学与工程学院，先进微结构材料教育部重点实验室，精密光学工程技术研究所，上海200092
X射线多层膜是同步辐射与自由电子激光、天文观测、等离子体诊断等大科学装置和实验室分析仪器的重要光学元件，能高效率反射X射线并实现单色和偏振化等调控。本课题组在近二十年的工作中对X射线多层膜的设计、制备和表征方法开展了系统深入的研究，研制了一系列工作在软X射线和硬X射线不同波段的高性能多层膜，反射率达到国际先进水平；基于磁控溅射技术建立了大尺寸掠入射X射线多层膜的镀制平台，最大镀膜尺寸达1.2 m，均匀性优于0.5%（均方根值），制备的硬X射线多层膜反射镜成功应用在国内外大科学装置中；通过将多层膜与反射光栅相结合，创新发展了超高效率韧X射线多层膜光栅元件，相比传统单层膜光栅，该元件能将韧X射线衍射效率最高提升40倍。本文将简要介绍课题组在X射线多层膜元件领域的研究进展。
X射线多层膜 反射率 大尺寸反射元件 多层光栅 X-ray multilayers reflectivity large size reflective optics multilayer gratings 光学 精密工程
2022, 30(21): 2793
同济大学精密光学工程技术研究所成立二十年来，以探索前沿科学问题、突破核心关键技术、服务国家重要应用为目标，形成了理论与模拟相结合、科学问题解决与关键技术突破相结合、基础研究与重要应用相结合的特色，形成了研究所的发展理念，打造了高水平研究平台，在X射线器件与系统、强激光薄膜与应用、光学纳米计量与测试、微纳光学与智能感知四个研究方向上取得了突出的研究成果，已成为高层次人才培养和高水平科学研究的重要基地。
光学 精密工程
2022, 30(21): 2555
同济大学物理科学与工程学院先进微结构材料教育部重点实验室, 精密光学工程技术研究所, 上海 200092
在激光惯性约束聚变(ICF)研究中,涉及X射线时间、空间和能谱信息的等离子体诊断能够为数值模拟提供关键的实验数据支撑,有效推进对ICF关键物理问题的认识。以Kirkpatrick-Baez(KB)结构为代表的多通道掠入射系统是实现高分辨X射线时空成像的重要手段,在ICF诊断研究中有着广泛的应用。主要介绍了高分辨多通道KB成像系统的发展历史,梳理和分析了KB系统研制的瓶颈问题,在此基础上重点展示了国内近年来在基于多层膜光学的多通道KB诊断系统研制方面取得的研究进展。随着精密薄膜器件和掠入射X射线光学集成等关键技术的突破,多通道多层膜KB成像系统已经在我国ICF诊断研究中得到广泛应用,有力保障了国内ICF研究单位相关物理实验的开展。
光学学报
2022, 42(11): 1134007
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Advanced Micro-Structured Materials MOE, Institute of Precision Optical Engineering, School of Physics Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China
2 Institute of Nuclear Physics and Chemistry CAEP, Mianyang 621900, China
The Pd/B4C multilayer is a promising candidate for high reflectance mirrors operating in the 8–12 nm extreme ultraviolet wavelength region. To extend the working bandwidth beyond the L-edge of silcon, we theoretically design broadband Pd/B4C multilayers. We discuss the influence of the desired reflectance of the plateau, number of bilayers, and the real structural parameters, including the interface widths, layer density, and thickness deviation, on the reflectivity profile. Assuming the interface width to be 0.6 nm, we design aperiodic multilayers for broad wavebands of 9.0–10.0, 8.5–10.5, and 8.0–11.0 nm, with average reflectivities of 3.1%, 5.0%, and 9.5%, respectively.
310.4165 Multilayer design 230.4170 Multilayers 340.7480 X-rays, soft x-rays, extreme ultraviolet (EUV) 350.1270 Astronomy and astrophysics Chinese Optics Letters
2016, 14(7): 073101
1 上海应用技术学院 理学院, 上海 201418
2 同济大学 先进微结构材料教育部重点实验室, 上海 200092
3 同济大学 精密光学工程技术研究所, 上海 200092
用高真空磁控溅射设备分别在工作气压为0.40 Pa和0.67 Pa下制备了非晶碳膜全反射镜样品，利用X射线掠入射反射测量了膜层厚度、粗糙度和膜层密度，用原子力显微镜测量了样品的表面粗糙度，用同步辐射测量了不同工作气压下制备的非晶碳膜全反射镜的反射率，并对测量结果进行了分析讨论.测试结果表明：在0.40 Pa工作气压下制备的非晶碳膜反射镜的性能优于在0.67 Pa工作气压下制备的反射镜的性能，在掠入射角小于4.5°时，非晶碳膜全反射镜在5 nm以上波段有比较平坦的高反射率，在波长小于5 nm波段，反射率急剧下降.
薄膜 非晶碳 全反射镜 软X射线 磁控溅射 反射率 Film Amorphous carbon Total reflection mirror Soft X-ray Magnetron sputtering Reflection
1 同济大学 教育部先进微结构材料重点实验室, 上海 200092
2 同济大学 物理系, 精密光学工程技术研究所, 上海 200092
3 中国工程物理研究院 上海激光等离子体研究所, 上海 201800
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。
惯性约束聚变 等离子体诊断 KB显微镜 X射线多层膜 分幅相机 inertial confinement fusion plasma diagnostics Kirkpatrick-Baez microscope X-ray multilayer framing camera
基于红外探测器的三角测距原理和光电传感技术,设计了一种新型的智能导盲系统。该导盲系统以Arduino单片机为控制核心,三个方向的红外探测器采集周围障碍物信息,通过一定的优化算法编写程序,读取周围障碍物信息,判断需要报警的方向,控制蜂鸣器和MP3模块的双语音报警系统,确定行走方向。该系统提高了报警的及时性和精确度,能够很好地引导盲人避开障碍物,安全快速地行走。
红外探测器 Arduino控制器 导盲杖 语音报警 infrared detector Arduino controller blind-guiding stick voice alarm
1 同济大学, 上海 200092
2 同济大学 教育部先进微结构材料重点实验室, 上海 200092
3 同济大学 精密光学工程技术研究所, 上海 200092
4 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
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 μm视场内观测周期为20 μm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。
Kirkpatrick-Baez显微镜 等离子体诊断 调制传递函数 平面调制靶 流体力学不稳定性 Kirkpatrick-Baez microscope plasma diagnostics modulation transfer function surface perturbation target hydrodynamic instability
