软X射线光学技术的新进展
100年来,X射线研究的许多成就,主要是在硬X射线区。虽然在本世纪初科学家已认识到X射线是一种波长比可见光短得多的电磁辐射,但很长时间以来没能有效地实现X射线像可见光一样偏转、色散、聚焦和成像。近一二十年,光学技术有很大进步,特别是光学精密加工与测量以及X射线多层膜技术的发展,促使这种情况起了革命性的变化,开拓了软X射线光学新领域,使软X射线的科研和应用得到迅速发展。目前,软X射线投影光刻已被公认为是实现深亚微米级微电子工艺最有前途的方向,并已取得0.1微米以下线宽和间距的实验结果;软X射线显微术已成为实现活生物样品在自然状态下显微观察的理想方法。
软X射线多层膜技术是当今软X射线光学技术的核心。中国科学院长春光学精密机械研究所陈星旦研究员等,在国家自然科学基金(批准号:69138010),发展了测定和计算软X射线超薄膜光学常数的方法;提出了多层膜设计的新方法和相应的软件;设计研制了两台专用镀膜设备,兼有离子束溅射、磁控溅射、离子束清洗、加温、退火等功能,在计算机控制下,该设备可精确地镀制几百层的软X射线多层膜,膜厚监控精度好于0.1纳米。镀制的多层膜反射镜,对波长13纳米的软X射线反射率达50%,与国际上先进的实验室处在同一水平。
软X射线要求亚纳米量级的光学元件表面粗糙度,这是传统光学加工难以做到的。该项目发展了一种采用锡磨盘抛光的新技术,光学玻璃抛光后,表面粗糙度均方根值可达0.3纳米。超光滑表面检测也是传统方法不能满足要求的。该项目发展了一种激光外差共路干涉法,高度测量分辨率可达0.1纳米。此外,还发展了一种扫描隧道显微术测试系统,测量精度达到均方根粗糙度0.06纳米。
该项目建立了一台正入射软X射线显微术实验装置,也可用于软X射线投影光刻和空间X光望远镜的预研究。用激光等离子体作光源,多层膜反射镜作为聚光及成像光学系统,工作波长为18.2纳米,得到了分辨率小于1微米的图像。
多层膜反射镜用于X射线激光,是目前国际高科技的重大前沿课题。我国强激光联合实验室采用该项目组研制的多层膜反射镜,在X激光放大实验中,曾创有效GL值世界纪录。英国卢瑟福实验室强激光中心的许多研究小组,也购买该项目组研制的多层膜反射镜,用于X激光实验。
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