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。

围绕激光惯性约束聚变研究中内爆靶丸的辐射流诊断需求,设计了一种兼顾空间成像功能的三色软X射线谱仪。该谱仪的设计中心能点为210 eV、680 eV和800 eV,能谱分辨率E/ΔE为5~10。采用X射线掠入射光学结构,实现了三个能点的一维聚焦成像,在1 mm视场内空间分辨率优于10 μm。采用X射线周期多层膜,获得了三个能区的能谱响应,多层膜测试结果满足设计要求。以光学设计和多层膜为基础,建立了系统的光线追迹模型,分析了可控的空间位置误差和瞄准误差对系统光谱分辨和空间分辨的影响,为装调方案及瞄准方法设计提供了精度依据。该谱仪与条纹相机结合,可用于我国强激光装置上的等离子体诊断实验。

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。

为了研究常用间隔层材料的软X射线多层膜的材料设计，利用Lawrence-Livermore国家实验室提供的软X射线多层膜设计程序进行模拟计算，得到了软X射线波段内的具有高反射率的膜系。结果表明，Mo在相当大的波段范围内具有良好的光学特性；除了在12.44nm是首选膜系外(除4.36nm外)，其它波长都有较高的反射率；U作为吸收层材料，在相当大的波段范围内，与其它间隔层材料配对的多层膜也具有较高的反射率。这对多层膜膜系的材料选择有一定的指导意义。

叙述用离子束溅射镀膜机OXFORD进行X射线长波段多层膜实验及制备X射线多层膜光学元件方面的工作.简述离子束溅射镀膜机的工作原理,X射线多层膜的制备过程,主要工艺参数,以及用X射线小角衍射仪对制备样品周期结构的检测和用软X射线反射率计测反射率的部分结果.

从理论和实验结果两方面探讨了基底表面和多层膜膜面的均方根粗糙度对软X射线多层膜的光学特性的影响。 指出了分析表面粗糙度最合适的方法和对表面粗糙度的着重研究方向。

介绍了软X射线多层膜分束镜的制备, 采用腐蚀基底法和氯化钠脱膜分离法制备且获得了大面积的Mo/Si多层膜分束镜。

利用薄膜光学理论及材料在软X射线波段的原子散射因子,设计了大批量的软X射线多层膜的计算程序,对常用材料的膜系配对进行了优化设计,给出的结果对软X射线整个波段内的多层膜膜系的选择有一定的指导意义。

对各国进行的软X射线多层膜研究所取得的最新成果给出了比较系统全面的评述。首次给出了文献报道的软x射线全波段的各种膜系实测正入射反射率的统计结果。