《電子技術(shù)應(yīng)用》
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科學(xué)家研發(fā)出全新激光散斑技術(shù),X射線鏡的高精度計(jì)量成為可能

2021-09-29
來源:光電資訊
關(guān)鍵詞: 散斑技術(shù) X射線

  X射線鏡廣泛用于同步輻射設(shè)備、X射線自由電子激光器和天文X射線望遠(yuǎn)鏡。然而,短波長(zhǎng)和掠入射,對(duì)允許的斜率誤差有嚴(yán)格的限制。

  近期,研究人員介紹了一種新的激光散斑角測(cè)量(SAM)技術(shù),該技術(shù)演示了如何大幅降低斜率誤差測(cè)量。

  團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新的計(jì)量?jī)x器和技術(shù),基于散斑角測(cè)量(SAM),它可以超越當(dāng)前計(jì)量技術(shù)的許多限制,為表征高質(zhì)量的強(qiáng)彎曲X射線反射鏡提供了前所未有的精度。

  據(jù)介紹,SAM結(jié)構(gòu)緊湊,成本低,很容易與大多數(shù)現(xiàn)有的X射線鏡計(jì)量?jī)x器集成。重要的是,它可以精確測(cè)量二維的強(qiáng)曲面鏡,精度達(dá)到納米級(jí)。這是大多數(shù)現(xiàn)有計(jì)量?jī)x器所缺乏的功能,彌補(bǔ)了X射線鏡計(jì)量界在其能力方面所面臨的差距。

  發(fā)表在《光:科學(xué)與應(yīng)用》(Light: Science and Applications)論文中,該團(tuán)隊(duì)證明了利用一種先進(jìn)的亞像素跟蹤算法,可以將坡度誤差測(cè)量的角精度降低到20nrad rms。

  研究小組表示,這種新的納米計(jì)量方法可能為開發(fā)下一代超拋光x射線鏡提供新的可能性,這也將推進(jìn)同步輻射、自由電子激光器、x射線納米探測(cè)器、相干性保存、天文物理學(xué)和望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展。

  Diamond的首席光束科學(xué)家、光學(xué)和計(jì)量組組長(zhǎng)Kawal Sawhney教授補(bǔ)充稱:“這種新型儀器將增強(qiáng)Diamond公司先進(jìn)的計(jì)量實(shí)驗(yàn)室的能力,使我們能夠?qū)τ?jì)劃升級(jí)為低發(fā)射度Diamond- ii源所需的高質(zhì)量X射線鏡進(jìn)行計(jì)量測(cè)試。X射線反射鏡的供應(yīng)商也會(huì)發(fā)現(xiàn)這種新儀器很有吸引力,因?yàn)樗鼘⑹顾麄兡軌蛑圃毂饶壳案觅|(zhì)量的光學(xué)產(chǎn)品?!?/p>

  高精度X射線反射鏡不斷改進(jìn)和發(fā)展,以跟上全球同步加速器升級(jí)到衍射限制存儲(chǔ)環(huán)的步伐。

  為了克服目前計(jì)量技術(shù)的局限性,研究小組開發(fā)了這種新的SAM光學(xué)掃描頭和方法,認(rèn)識(shí)到更精確的鏡形測(cè)量對(duì)下一代x射線鏡至關(guān)重要,以使它們能夠利用改進(jìn)的光源并滿足新的需求。

  SAM的設(shè)置看起來很簡(jiǎn)單(圖1)。激光通過漫射器產(chǎn)生二維隨機(jī)強(qiáng)度圖案(散斑),它們可以被視為具有不同特征的多束鉛筆光束。因?yàn)槊總€(gè)散斑圖案都有獨(dú)特的特征,散斑可以被視為一組多個(gè)波前標(biāo)記。反射鏡在測(cè)量面積上的斜率變化會(huì)使散斑模式發(fā)生偏移。通過采用先進(jìn)的亞像素算法精確跟蹤散斑位移,可以在二維納米尺度上測(cè)量被測(cè)表面(SUT)的斜率變化。

  (圖1 來源:Light: Science and Applications)

  SAM可以很容易地安裝在現(xiàn)有的非原位計(jì)量龍門上。它可以生成二維表面輪廓,提供豐富的X射線反射鏡表面輪廓信息。掃描角度范圍大、重復(fù)性好、精度高。

  SAM儀器還可以通過對(duì)整個(gè)鏡面進(jìn)行SAM的二維光柵掃描來測(cè)量環(huán)面、橢球面和拋物面鏡。SAM儀器不僅僅局限于同步X射線反射鏡,還可以應(yīng)用于自由曲面光學(xué)和其他領(lǐng)域的高質(zhì)量反射鏡,如極端紫外光刻和激光點(diǎn)火。

  如何利用現(xiàn)有的計(jì)量技術(shù)來指導(dǎo)提高X射線反射鏡制造質(zhì)量的新努力變得越來越具有挑戰(zhàn)性。

  這種新技術(shù)和儀器使用了大量的散斑,即使在單幅圖像中也能提供更好的統(tǒng)計(jì)量和更少的隨機(jī)噪聲。這一顯著的特性,將可能使擬議的SAM計(jì)量技術(shù)廣泛應(yīng)用于超精密計(jì)量和下一代X射線鏡的改進(jìn)。

  Diamond的物理科學(xué)主任Laurent Chapon評(píng)論道:“這種令人興奮的散斑角測(cè)量新技術(shù),由Diamond的光學(xué)和計(jì)量集團(tuán)成員集中開發(fā),將能夠擴(kuò)展現(xiàn)有計(jì)量?jī)x器的能力。

  對(duì)于下一代x射線鏡來說,需要跟上新的X射線源的步伐,以及對(duì)更強(qiáng)的一致性和更緊聚焦的日益增長(zhǎng)的需求,SAM將是一個(gè)及時(shí)的撬動(dòng)突破口?!?/p>

  Diamond公司的光學(xué)和計(jì)量組使用其測(cè)試光束(B16),來開發(fā)這種先進(jìn)的x射線成像和計(jì)量方法。

  近期,一種基于斑點(diǎn)的全向差分相位和暗場(chǎng)成像技術(shù)已經(jīng)在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》(PNAS)上展示并發(fā)表。該小組現(xiàn)在已經(jīng)成功地將這種散斑技術(shù)從X射線轉(zhuǎn)移到可見光區(qū)域。




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