高精度同步辐射镜片的制造工艺

2024-01-06 15:13:37 Cavan

同步辐射是当前许多科学和工业领域中的高性能仪器。对这种光源的日益关注为基础和应用研究开辟了新的可能性。同步辐射射线工具将研究者带入了原子尺度的世界，这归功于同步辐射的极小波长和超高真空室。因此，对所使用的光学元件有非常严格的规格要求。高热导率和低热膨胀对同步辐射镜片基底（低的形变）来说是必要的，同时还需要良好的光学加工性能和长期稳定性。

高精度同步辐射镜片

同步辐射金镜

以掠入射光学元件的质量以表面形状误差为特征，这是一种描述实际形状与理想表面之间最大（PV）或平均（RMS）偏差的术语。由于斜入射光学元件的聚焦质量主要由表面上的斜率分布决定，因此更常用RMS斜率误差作为全局形状精度的规格要求。典型值为 0.05 微弧度/ RMS（用于平面表面）至 0.1 微弧度/ RMS（非球面表面）。在可视化干涉检测中，通常使用测试波长（PV或RMS）的百分比来描述面型精度，例如“λ/130（RMS）@ 633nm” - 在测试波长λ=632.8nm下。干涉测量技术最适合于平面和球面表面。如果使用组件特定的零透镜，还可以测试非球面表面。该透镜可以补偿由非球面变形引起的波前像差。微粗糙度可以通过微干涉仪或 3D 光学轮廓仪进行测量，分辨率应优于 0.1nm，例如 Zygo 公司的“NewView 5000”。

同步辐射镜的典型表面几何形状

平面=>（达到最佳斜率误差）；
球体、圆柱体=>（非常好的斜率误差）；
超环面、椭圆/抛物柱体、椭圆环=>（良好的斜率误差）；
椭球（旋转）、抛物面、双曲面；自由形表面=>（良好的斜率误差）。

同步辐射镜的典型基底材料

对于低同步辐射通量：

Zerodur®、Astrositall®（Sitall CO-115M）
熔融石英
ULE™
玻璃（Pyrex，BK7等）

对于高同步辐射通量：

硅（单晶）
碳化硅（CVD）
镀电镍层的铜
镀电镍层的铝

制造技术

同步辐射镜有两种技术：直接制造和负模具复制。直接制造过程通常包括以下步骤：

研磨用于预制造基板和光学表面几何形状；
蚀刻用于减小应力和亚表面损伤；
研磨用于在侧面实现良好的热接触，并优化光学表面以进行后续步骤；
抛光用于通过多个步骤来修正和平滑表面。

为了达到所需的质量，测量和抛光之间需要非常密切的交互作用。根据镜子的几何形状和所需的精度，残余误差的细微修正必须通过以下方式进行：

传统抛光；用于平面和球面镜子，rms 粗糙度：<2 nm；~4 Å（磁流变）
计算机控制的细微修正抛光工具；用于高端非球面成像（<0.1微弧度）
离子束；用于任何形状的光学表面的高端成像（<0.1微弧度）
金属镜子也可以通过金刚石车削方法和复制技术进行制造。

涂层

常用的涂层材料：Au，Pt，Rh，Ni，Pd，Al，Si，Ru，SiO2，Al/MgF2 等。在某些情况下（例如 Ru），需要一层薄的 Cr 粘结层（约 0.4 nm）来减小应力并保持微粗糙度性能。实际上，每个涂层生产商都拥有“艺术涂层”超紫外高反射镜的专业知识。同时我们还可以提供“special EUV HR”（=> XUV），适用于 λ < 50nm。不同金属涂层的VUV镜子在 AOI = 75° 下的理论反射率（理论上，非偏振）如下：

铂

金

Standard EUV (Au_40nm/ Cr_binder)

镍

R=60% (55-58%)@200nm -65nm

R=64% (68-60%)@200nm -120nm

R=66% (60-69%)@ 65nm -27nm

R=62% (55-65%)@ 65nm -25nm

R=58% (60-56%)@120nm - 40nm

R=57% (60-55%)@ 27nm -22nm

R=65% (70-60%)@ 41nm - 30nm

R=62% (60-65%)@ 22nm -12nm

R=64% (61-70%)@ 25nm -15nm

R=45% (60-30%)@ 30nm - 20nm

R=52% (55-50%)@ 12nm -10nm

R=65% (71-70%)@ 15nm - 9nm

R=35% (30-40%)@ 20nm - 16nm

Au、C 和 Be 镀层在 1 埃下的反射率及在临界角下的能力带宽：

可提供的同步辐射镜片类型 (参考参数）：

基底材料: Sitall CO-155M (Zerodur); Fused Silica; Si; SiC CVD etc.

HR COATING (with Ion Beam Assistance): Standard EUV (Cr_binder +Au_40nm): HR @ 25- 200 nm at AOI
Special EUV (Cr_binder +Au +Ingredients): XUV HR @ 2-70 nm at AOI

极限参数

标准参数

尺寸

Up to 1200 mm

Up to 500 mm

有效尺寸

Up to 100 %

90 %

曲率公差

Down to 0.01 %

0.5 %

微粗糙度
[nm], RMS

0.4

斜率误差
[microRad], RMS

0.1 – 纵向
0.5 – 横向

5-纵向
15 – 横向

面型精度
for λ test =632nm

λ / 130

λ / 25

欢迎有需要加工此类高精度镜片的老师联系我们，我们将为您提供镜片设计与加工方案的专业技术支持。

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北京众星联恒科技有限公司

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