多层膜关键元件的同步辐射X射线干涉相衬成像研究

Multilayer mirror is the key monochromator and focusing optics in synchrotron radiation facility. Based on the urgent requrement in Shanghai and other synchrotron radiation facilities, this project focuses on realizing the characterization of the multilayer mirror by X-ray interference phase contrast imaging in order to meet the shortfall of imaging characterization in general laboratory. In this project, full-field phase contrast and Talbot imagings are mainly used to study the relationship between coherence of X-rays, surface and interfacial roughness on multilayer mirrors and wavefront distortion of reflected beam.These works aim to solve the key diffulties of using multilayer optics in synchrotron radiation facility. By using coherent diffraction imaging, based on phase retrieval algorithm,a series 2D phase contrast signal can be retrieved to reconstruct real 3D surface and interface structures of specific zones for various multilayer mirrors.The related results will be feebacked to the fabrication and improve the imaging quality and decrease the coherence loss.

多层膜镜是同步辐射大装置中必不可少的单色器和聚焦元件。基于上海光源乃至国内同步辐射领域的迫切需求，本项目致力于实现多层膜在同步辐射装置在线的X射线干涉相衬成像表征，以弥补传统实验室在实际成像表征的不足。本项目主要采用全场相衬和塔尔博特成像技术，探究光束相干性、多层膜界表面粗糙度和反射光束波前畸变间的关系，解决多层膜元件在同步辐射装置使用的核心难点问题；使用相干衍射成像技术，基于相位恢复技术，通过对一系列二维相衬成像的还原，来重构不同多层膜的界表面特定区域的真实三维结构。相关的在线表征结果将反馈到制备工艺，最终实现改善多层膜元件的成像质量，并尽量减少反射光束相干性损失的目的。

多层膜元件是同步辐射关键元件，尤其在上海光源二期硬X射线纳米探针有着极端重要的应用。本项目在部分相干光条件下利用散斑和远场相衬成像技术研究多层膜元件的结构和面形。结合X射线的其他结构和能谱表征技术，我们得到了全面深入的研究了多层膜元件的各类物理和化学性质。在本项目中，作为单色器材料的Ru/C多层膜在低温处理下和热处理后的结构特性被研究；多层膜在长期使用老化后的缺陷特性和演化被详细地比较；我们主要在微聚焦线站上发展了远场相衬成像、散斑追迹成像和散斑扫描成像等波前位相测量手段。通过修正入射光波前方法可以改善实验的相干性条件。这些成像手段可以高精度地研究多层膜元件的表面面形特性以及薄膜的界面特性、成膜均匀性和致密性等常规手段无法在线检测的中频结构信息，也能够实时地比较多层膜的光学性能。