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
1 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
2 中国科学院上海高等研究院，上海 201204
为满足同步辐射装置中X射线单色器的需求，在直线式磁控溅射设备上制备了W/Si和Ru/C双通道多层膜反射镜。制备的W/Si多层膜和Ru/C多层膜的周期厚度均为3 nm，平均界面宽度分别为0.30 nm和0.32 nm。在320 mm长度范围和20 mm宽度范围内，W/Si多层膜膜厚误差的均方根值分别为0.30%和0.19%，Ru/C多层膜膜厚误差的均方根值分别为0.39%和0.20%。对制备的样品进行了表面形貌测试和非镜面散射测试，对比了W/Si多层膜和Ru/C多层膜的表面和界面粗糙度大小。硬X射线反射率测试结果表明，W/Si多层膜和Ru/C多层膜在8.04 keV能量点处的一级布拉格峰测试反射率分别为63%和62%，角分辨率均为2.6%。基于以上研究，在尺寸为350 mm×60 mm的高精度Si平面镜表面镀制了W/Si和Ru/C双通道多层膜，并且其被成功应用于上海同步辐射光源线站中。
X射线光学 双通道多层膜 磁控溅射 均匀性 反射率
同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所，先进微结构材料教育部重点实验室，上海市数字光学前沿科学研究基地，上海市全光谱高性能光学薄膜器件与应用专业技术服务平台，上海200092
极紫外-真空紫外高性能薄膜光学元件的发展对天文、材料、物理等学科具有重要意义。本文主要介绍了同济大学精密光学工程技术研究所在高性能极紫外-真空紫外薄膜光学元件的最新进展。展示了极紫外-真空紫外波段（10~200 nm）用薄膜反射镜、薄膜单色器和薄膜起偏器的研究成果。为适应不同的使用需求和环境，开展薄膜内部微结构的综合表征及其物理化学机制的研究，形成了一套完备的极紫外-真空紫外薄膜光学元件表征、优化、制备技术体系，有效提升了均匀性、反射效率、带宽、稳定性和偏振度等薄膜元件核心性能。高性能的极紫外-真空紫外薄膜光学元件研制技术将为我国大型地面科学装置及空间天文观测设备提供强有力的支撑。
极紫外-真空紫外 薄膜元件 均匀性 窄带宽 稳定性 高反射效率 extreme ultraviolet and vacuum ultraviolet thin film element uniformity narrow bandwidth stability high reflectivity 光学 精密工程
2022, 30(21): 2639
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 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所，先进微结构材料教育部重点实验室，上海市数字光学前沿科学研究基地，上海市全光谱高性能光学薄膜器件与应用专业技术服务平台，上海200092
发展精密X射线诊断技术对于惯性约束聚变（ICF）物理过程的研究具有重要意义。本文对同济大学精密光学工程技术研究所在高性能多层膜掠入射X射线光学方面的最新进展进行了较全面的介绍。针对ICF高时空分辨、能谱分辨和高集光效率诊断需求，从多通道掠入射X射线成像技术、多层膜掠入射X射线成像技术及应用效果几个方面，对目前研究进展进行了系统介绍。在多通道掠入射X射线成像方面主要介绍高分辨多通道KB成像系统及其高精度在线装调技术。在实现空间分辨优于5 μm、十六通道成像的基础上，采用 “物-诊断物镜-像”的高复位精度集成指示技术，有效保障了多通道KB系统的装置应用效果。在多层膜掠入射X射线成像方面，本文主要介绍多层膜分光器件的能谱调控和制备技术以及系统的精密瞄准技术。目前，多套基于多层膜阵列器件的多能谱X射线诊断设备已在激光装置上得到广泛应用，空间分辨率在3~5 μm，诊断能点达到4个，技术指标显著优于国外同类器件，为国内ICF诊断提供了有力支撑。
惯性约束聚变 等离子体诊断 多层膜 Kirkpatrick-Baez显微镜 高时空分辨 inertial confinement fusion plasma diagnostics multilayer Kirkpatrick-Baez microscope high spatiotemporal resolution 光学 精密工程
2022, 30(21): 2783
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
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
极紫外-真空紫外高性能薄膜光学元件大幅提升了高精度观测能力,助力了天文、材料、物理等学科发展。同济大学精密光学工程技术研究所根据不同应用需求以及薄膜材料自身的物理化学特性,开展了针对高性能极紫外-真空紫外薄膜光学元件的广泛深入研究,成功研制了诸如Mg/SiC、Sc/Si、Yb/Al、Al+LiF+eMgF2、LaF3/MgF2等多种高性能薄膜反射镜,以满足极紫外-真空紫外(25~200 nm)全波段的应用需求,这些高性能薄膜反射镜已在诸多国内大型地面科学装置及空间天文观测设备中得到应用。简要介绍同济大学精密光学工程技术研究所在极紫外-真空紫外薄膜光学元件研制工作中取得的进展。
光学学报
2022, 42(11): 1134003
1 上海大学 物理系，上海 200444
2 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
3 先进微结构材料教育部重点实验室，上海 200092
为研究本底真空对Yb/Al多层膜微结构和光学性能的影响，使用直流磁控溅射设备，在本底真空度分别为4×10-5 Pa、8×10-5 Pa、1×10-4 Pa、2×10-4 Pa和4×10-4 Pa条件下，制备了一组结构相同的SiC/（Yb/Al）3周期多层膜。使用X射线掠入射反射、原子力显微镜及大角X射线衍射等方法表征了样品表面和内部结构，结果表明：当本底真空度从4×10-4 Pa提高至4×10-5 Pa时，Yb/Al多层膜的平均界面宽度从2.15 nm减小到1.82 nm；表面粗糙度从1.87 nm减小到1.43 nm；膜层内有Yb、Yb2O3和Al结晶，结晶尺寸随真空度略有增加。SiC/（Yb/Al）3周期多层膜为张应力，当本底真空度从4×10-4 Pa提升至4×10-5 Pa时，应力从85 MPa增大到142 MPa。测试了本底真空度为4×10-5 Pa时制备的多层膜样品的反射率，在波长为73.6 nm、入射角为5°时，反射率为31.3%。
紫外辐射 真空沉积 多层膜 反射 磁控溅射 Ultraviolet radiation Vacuum deposition Multilayers Reflection Magnetron sputtering 光子学报
2021, 50(11): 1131001
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
极紫外、X射线和中子光学为现代科学的发展提供了高精度的观测手段,但这些手段的实现需要大量高性能薄膜光学元件和系统的支撑。由于短波长和材料光学常数的限制,短波光学元件的结构、性能和制作技术明显区别于长波光学元件。近二十年来,同济大学精密光学工程技术研究所建立了以短波反射镜为基底的精密加工检测平台,发展了超薄薄膜界面生长调控方法和大尺寸薄膜镀制技术,提出了高效率/高分辨率多层膜微纳结构的衍射理论和制备方法,初步阐明了短波辐照损伤的物理机制,形成了短波薄膜和晶体聚焦成像系统的高精度全流程研制技术,并将该技术成功应用于国内和国际短波光子大科学装置中。本文简要介绍本课题组在上述短波元件和系统领域中的研究进展。
极紫外、X射线、中子射线 薄膜 光栅 聚焦成像系统 加工 损伤
