真空紫外同步輻射Seya-Namioka單色儀的多層膜光柵研制.pdf

1、真空紫外輻射在天文物理、化學(xué)、生命科學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。同步輻射是該波段的一種重要光源，具有光譜連續(xù)、亮度高、準(zhǔn)直性好、又有偏振、脈沖時(shí)間結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，與其它光源相比，具有無可比擬的優(yōu)越性。目前，各國的同步輻射光源真空紫外波段光束線基本上都是采用光柵作為單色
　　 器分光元件，光柵的衍射特性直接影響到同步輻射光束線的特性。然而在小于llOnm的波段，所有的材料都有強(qiáng)烈的吸收。因此，該波段目前常用的光柵及反射鏡效率都很

2、難提升，嚴(yán)重影響了光束線的通量。
　　 本課題針對(duì)真空紫外波段同步輻射常用光柵單色儀目前存在的問題，從改善光柵性能著手，研究新型同步輻射多層膜光柵的設(shè)計(jì)和制作方法，以提高光柵的衍射效率和抑制高次諧波的性能，從而改善真空紫外波段同步輻射光束線的性能。論文的主要工作包括：
　　 1.真空紫外同步輻射多層膜光柵的設(shè)計(jì)和制作
　　 針對(duì)最常用的Seya-Namioka光柵單色儀的工作條件，設(shè)計(jì)了亞四分之一波長(zhǎng)多層膜光柵用

3、于提高單色儀的輸出效率。多層膜的設(shè)計(jì)方面，介紹了亞四分之一波長(zhǎng)多層膜理論和選材規(guī)則，設(shè)計(jì)和模擬了四種45-110 nm寬波段具有高反射率的多層膜系，使該波段光柵效率的提高成為可能。光柵的設(shè)計(jì)方面，編寫了一套基于嚴(yán)格耦合波方法的能計(jì)算有吸收波段的多層膜光柵衍射效率計(jì)算程序。為分析光柵槽形參數(shù)與衍射效率之間的關(guān)系提供了理論指導(dǎo)。分別利用該程序和PCGrate軟件優(yōu)化設(shè)計(jì)了兩種結(jié)構(gòu)的多層膜光柵，衍射效率可達(dá)單層膜光柵的兩倍，并有較好的抑制高次

4、諧波效果。工藝制作方面，采用先刻蝕再鍍膜的光柵結(jié)構(gòu)，利用全息-離子束刻蝕方法先制作出光柵基底，然后用磁控濺射方法制作多層膜。工藝過程能被精確的控制，最終制作出來的光柵槽形與設(shè)計(jì)值的偏差都在設(shè)計(jì)的寬容度內(nèi)。
　　 2.光譜輻射標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)量線站真空紫外波段效率測(cè)量的修正方法研究合肥光譜輻射標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)量線站(U27)是國內(nèi)唯一可以提供真空紫外45-110nm波段效率測(cè)量的光源。由于該波段輻射光譜被高次諧波嚴(yán)重污染，導(dǎo)致光束線不能很好的應(yīng)用

5、。本文首先介紹了利用一塊3300 l/mm金自支撐透射光柵定量分析45-110 nm波段高次諧波成分的方法，并將定量分析的結(jié)果應(yīng)用于元件效率測(cè)量的修正中，通過對(duì)金膜反射率的測(cè)量及修正，驗(yàn)證了該方法的有效性。其次討論了在該實(shí)驗(yàn)線站上測(cè)量光學(xué)元件效率時(shí)，可能引起測(cè)量誤差的因素和相應(yīng)的解決方法。最后，利用這種測(cè)量和修正方法對(duì)本課題制作的多層膜光柵的衍射效率進(jìn)行了測(cè)量和分析。測(cè)量結(jié)果與模擬結(jié)果符合的比較好，并且驗(yàn)證了多層膜光柵在45-110nm

6、波段的衍射效率明顯高于單層膜光柵，達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果。
　　 3.光譜輻射標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)量線站球面光柵單色儀分支高次諧波抑制系統(tǒng)設(shè)計(jì)論證了球面光柵單色儀在真空紫外波段幾種高次諧波抑制方法的可行性。根據(jù)目前U27光束線的現(xiàn)狀，利用入射光頻率小于表面等離激元共振頻率時(shí)，半導(dǎo)體材料具有強(qiáng)烈吸收作用的原理，設(shè)計(jì)了具有抑制高次諧波的反射鏡系統(tǒng)。此外，還設(shè)計(jì)了具有抑制高次諧波效果的光柵和濾片，可以提高單色器的輸出光譜純度，為合肥光源U27光束線的3