極紫外與軟X射線多層膜偏振光學(xué)元件研究.pdf

1、在極紫外與軟X射線波段存在大量的原子共振吸收邊，如生命物質(zhì)中C、N、O等和磁性金屬材料中Fe、Co、Ni等元素的吸收邊及稀土元素吸收邊。根據(jù)稀土材料分子及磁性材料分子自旋及軌道角動量與偏振光的相互作用來研究材料電子殼層的精細(xì)結(jié)構(gòu)并確定其磁學(xué)特性，對研究超快/大容量磁光存儲器件有著重要作用。利用磁圓二色性制造的圓偏振元件與高分辨率軟X射線掃描顯微鏡組成成像系統(tǒng)，可以對磁性薄膜樣品實現(xiàn)幾十納米空間分辨率的磁疇研究。依據(jù)單個自旋與多重散射分離

2、的磁性擴(kuò)展X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜可以分析納米材料結(jié)構(gòu)。利用生物組織對不同偏振光吸收特性的差異進(jìn)行X射線磁圓二色性、X射線磁線二色性分析，可以測定生物大分子結(jié)構(gòu)。因此，偏振光為生物、醫(yī)學(xué)、材料、物理與化學(xué)等學(xué)科提供了強(qiáng)有力的研究工具，測量不同材料尤其是磁性和生命物質(zhì)與偏振極紫外與軟X射線的相互作用已成為近年來國內(nèi)外同步輻射研究的熱點。其中，實現(xiàn)極紫外與軟X射線光束的高偏振性能、確定入射光的偏振狀態(tài)、檢驗出射光的偏振狀態(tài)均非常重要。多層膜是唯

3、一能在極紫外與軟X射線波段實現(xiàn)偏振測量的元件。我國已開展極紫外與軟X射線多層膜偏振元件的研究，獲得了可實用的周期多層膜和非周期寬帶偏振元件，并在同步輻射光束線站進(jìn)行了偏振測量實驗。但是目前對多層膜偏振元件的研究還存在不足：缺少系統(tǒng)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)；可實現(xiàn)的多層膜偏振元件的帶寬仍然有限，在較寬范圍進(jìn)行起偏檢偏時需要多個偏振元件配合使用，給裝調(diào)與測試帶來不便。
　　 本文對極紫外與軟X射線波段反射及透射式多層膜偏振元件的設(shè)計、制備和檢測進(jìn)

4、行了深入研究。通過比較采用不同評價函數(shù)的設(shè)計結(jié)果，詳細(xì)分析了入射角度、膜層數(shù)、粗糙度等主要參數(shù)對偏振多層膜性能的影響，得出了單波長及寬帶目標(biāo)偏振元件設(shè)計時角度、膜層數(shù)和評價函數(shù)的選擇標(biāo)準(zhǔn)。針對單波偏振元件，比較了周期與非周期結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果的異同，結(jié)果顯示采用周期結(jié)構(gòu)設(shè)計并不遜于非周期結(jié)構(gòu)。采用遺傳算法設(shè)計出性能優(yōu)于傳統(tǒng)設(shè)計結(jié)果的反射及透射式多層膜偏振元件。通過數(shù)值分析結(jié)合Levenberg-Marquardt算法設(shè)計出La/B4C、Mo/

5、Y、Mo/Si及Mg/SiC超寬帶反射式多層膜偏振元件，其帶寬比傳統(tǒng)周期設(shè)計結(jié)果提高了十倍以上。采用膜堆疊加方法設(shè)計出跨越Fe、Co、Ni元素L吸收邊的W/B4C寬帶偏振元件。
　　 利用磁控濺射方法，對寬厚度范圍非周期多層膜標(biāo)定沉積速率。首次制備出工作波段從B吸收邊6.6nm起最寬達(dá)到9.6nm的La/B4C超寬帶偏振元件、從8.0nm最寬達(dá)到13.0m的Mo/Y超寬帶偏振元件及13.0-30.0nm工作波段的Mo/Si反射式

6、寬帶多層膜偏振元件。BESSYⅡ和ELETTRA同步輻射裝置上的偏振測試結(jié)果表明，制備的寬帶La/B4C樣品在6.6-8.6nm波段及6.6-9.6nm工作波段分別獲得了3.8％和3.4％平坦的s光反射率，偏振度高于0.995，最寬帶寬達(dá)到周期結(jié)構(gòu)20倍，角寬達(dá)到周期結(jié)構(gòu)17倍；制備的寬帶Mo/Y非周期多層膜樣品，分別在8.5-12.5nm及8.0-13.0nm波段具有3.9％和3.2％的s光平均反射率，偏振度在0.996以上，最寬帶寬