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(dòng)量與偏振光的相互作用來(lái)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(duì)研究超快/大容量磁光存儲(chǔ)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(duì)磁性薄膜樣品實(shí)現(xiàn)幾十納米空間分辨率的磁疇研究。依據(jù)單個(gè)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(duì)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(cè)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(cè)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(lái)國(guó)內(nèi)外同步輻射研究的熱點(diǎn)。其中，實(shí)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(yàn)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(shí)現(xiàn)偏振測(cè)量的元件。我國(guó)已開(kāi)展極紫外與軟X射線多層膜偏振元件的研究，獲得了可實(shí)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(cè)量實(shí)驗(yàn)。但是目前對(duì)多層膜偏振元件的研究還存在不足：缺少系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；可實(shí)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(shí)需要多個(gè)偏振元件配合使用，給裝調(diào)與測(cè)試帶來(lái)不便。
　　 本文對(duì)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(jì)、制備和檢測(cè)進(jìn)

4、行了深入研究。通過(guò)比較采用不同評(píng)價(jià)函數(shù)的設(shè)計(jì)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(duì)偏振多層膜性能的影響，得出了單波長(zhǎng)及寬帶目標(biāo)偏振元件設(shè)計(jì)時(shí)角度、膜層數(shù)和評(píng)價(jià)函數(shù)的選擇標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)單波偏振元件，比較了周期與非周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果的異同，結(jié)果顯示采用周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并不遜于非周期結(jié)構(gòu)。采用遺傳算法設(shè)計(jì)出性能優(yōu)于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果的反射及透射式多層膜偏振元件。通過(guò)數(shù)值分析結(jié)合Levenberg-Marquardt算法設(shè)計(jì)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(jì)結(jié)果提高了十倍以上。采用膜堆疊加方法設(shè)計(jì)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(duì)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(cè)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