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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。