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类镍钽软X射线激光用高反射镜的研究
作 者: 王蓓
导 师: 王占山;朱京涛
学 校: 同济大学
专 业: 光学工程
关键词: 类镍钽软X射线激光 周期多层膜 峰值反射率 磁控溅射
分类号: TN16
类 型: 硕士论文
年 份: 2007年
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内容摘要
多层膜技术极大地提高了光学元件对极紫外光和软X射线的反射率,有力地促进了该波段光学系统的发展,已在天文学、显微成像、光刻、同步辐射应用以及X射线激光等领域得到了广泛的应用。工作波长为4.48nm的高反射镜是类镍钽软X射线激光实验及其应用的核心元件,因此,进行4.48nm多层膜高反射镜的设计、制备与检测研究具有重要意义。 类镍钽软X射线激光用反射镜是周期多层膜,其膜层厚度小、周期数多,制备难度大,实际反射率远小于设计值。目前,只有美国、德国、日本等研制了实用的元件,但我国对此类高反射镜还未进行深入研究。 本文探讨了类镍钽软X射线激光用多层膜反射率的计算方法。针对材料的光学特性、物理化学性质和成膜特点,选择了Cr/C、Co/C和Cr/Sc多层膜材料对。计算了不同结构参数下,多层膜的峰值(工作波长4.48nm,入射角5°)反射率,比较了几种材料对的反射性能。利用Stearns散射理论,模拟了多层膜界面缺陷对反射性能的影响。 采用超高真空磁控溅射镀膜设备制备了不同结构参数的Cr/C、Co/C和Cr/Sc多层膜样品。用X射线小角反射方法测量了多层膜周期,对镀膜材料的溅射速率进行了精确标定。通过反复实验研究,优化了充气方式、基片偏压、溅射功率等工艺条件,分析了制备工艺对成膜质量的影响,找到了比较好的镀膜工艺参数。实验上比较了不同结构多层膜的性能,得到了便于制作的多层膜结构参数。 使用高分辨率X射线衍射仪测量了多层膜的小角反射曲线和散射曲线,结果表明样品的膜层结构好、厚度误差小。对测量曲线进行了数值拟合,得到了拟合结果,分析了影响Cr/C、Co/C和Cr/Sc多层膜反射率下降的主要原因。在德国BESSY Ⅱ同步辐射装置上测量了多层膜的反射率,其中,Cr/C和Cr/Sc多层膜的峰值反射率分别达到7.50%和6.27%,表明研制的类镍钽软X射线激光用高反射镜已基本满足了实际应用要求。
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全文目录
摘要 5-6 Abstract 6-8 目录 8-11 第1章 绪论 11-20 1.1 引言 11-12 1.2 多层膜高反射镜的研究进展 12-16 1.2.1 多层膜的进展 12-14 1.2.2 软X射线多层膜的进展 14-15 1.2.3 类镍钽软X射线激光用高反射镜的进展 15-16 1.3 类镍钽软X射线激光用高反射镜的应用 16-18 1.4 课题背景和研究内容 18-20 第2章 类镍钽软X射线激光用高反射镜的设计 20-35 2.1 引言 20 2.2 多层膜材料对的选择 20-23 2.2.1 软X射线波段材料的光学常数 20-22 2.2.2 多层膜材料对的选择 22-23 2.3 类镍钽软X射线激光用多层膜的结构设计 23-29 2.3.1 软X射线多层膜理论 24-26 2.3.2 类镍钽软x射线激光用高反射镜的结构优化设计 26-29 2.4 类镍钽软X射线激光用多层膜性能的模拟计算 29-34 2.4.1 Cr/C、Co/C、Cr/Sc多层膜理论反射率的比较 29 2.4.2 界面宽度σ对峰值反射率影响的理论计算 29-32 2.4.3 多层膜在0.154nm波长处反射特性的理论分析 32-34 2.5 小结 34-35 第3章 类镍钽软X射线激光用高反射镜的制备 35-52 3.1 引言 35 3.2 多层膜制备方法 35-36 3.3 磁控溅射介绍 36-39 3.3.1 溅射的原理 36 3.3.2 磁控溅射的原理 36-37 3.3.3 磁控溅射设备介绍 37-39 3.4 镀膜沉积速率标定与多层膜的结构检测 39-43 3.4.1 X射线小角反射测量介绍 39-41 3.4.2 镀膜沉积速率标定 41-43 3.5 多层膜的制备工艺研究 43-49 3.5.1 充气方式比较 44-45 3.5.2 基片偏压的比较 45-46 3.5.3 功率比较 46-49 3.6 设计参数选优 49-51 3.7 小结 51-52 第4章 类镍钽软X射线激光用高反射镜的检测与结果分析 52-68 4.1 引言 52 4.2 X射线衍射仪对多层膜结构的测量与分析 52-59 4.2.1 高分辨率X射线衍射仪小角反射测试结果与分析 52-56 4.2.2 X射线散射测量结果的介绍与分析 56-59 4.3 同步辐射测量 59-64 4.3.1 同步辐射测量介绍 60 4.3.2 同步辐射的测试结果介绍 60-64 4.4 测量结果的拟合与分析 64-66 4.5 小结 66-68 第5章 全文总结 68-70 5.1 主要研究内容 68-69 5.2 论文主要创新点 69 5.3 需要进一步解决的问题 69-70 致谢 70-71 参考文献 71-75 个人简历 在学期间发表的学术论文及研究成果 75
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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 真空电子技术 > 电子光学仪器
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