具有抑制高次谐波特性的高衍射效率同步辐射光栅

真空紫外同步辐射单色器普遍存在传输效率低和高次谐波严重的问题，特别在50-100nm波段尤为突出，且目前尚无有效办法。光栅是单色器的核心器件，改善光栅结构是解决上述问题的有效途径之一。目前50-100nm同步辐射光栅多采用蒸镀单层反射膜的浅槽矩形光栅结构，本项目提出通过对光栅反射膜系与光栅结构的系统设计，研制具有抑制高次谐波特性的高衍射效率光栅，改善同步辐射单色器的工作特性。.本项目探索50-100nm具有高反射率、宽波带、短波截止特性反射膜系的设计方法和制备工艺；将膜系的反射特性与光栅槽型优化设计相结合，研究光栅衍射效率随反射膜系、槽型、及膜系与光栅结构结合方式等因素的变化规律，建立新型同步辐射光栅的设计和制备方法；在此基础上为两种典型的同步辐射单色器(Seya-Namioka和SGM)设计和制作光栅，并在合肥同步辐射光束线上试用。

本项目从单色仪核心—衍射光栅的特性提升着手，通过优化设计光栅的结构参数，解决真空紫外同步辐射光栅单色仪的衍射效率和高次谐波问题，从而改善真空紫外同步辐射光栅单色仪的性能。对Seya-Namioka单色仪光栅，建立了50-100 nm波段高效率、宽波带、短波截止特性的多层膜及衍射光栅的优化设计方法；对掠入射球面光栅单色仪光栅，提出了基于衍射光栅的一系列抑制高次谐波方案。利用磁控溅射-全息离子束刻蚀方法成功研制了真空紫外多层膜光栅。此外，还初步解决了合肥同步辐射光谱辐射标准和计量光束线在45-110 nm波段元件效率的测试问题。具体成果包括：.1 真空紫外同步辐射多层膜光栅的设计和制作.提出将亚四分之一波长多层高反膜应用到45-100nm波段衍射光栅设计中，分别利用真空紫外亚四分之一多层膜设计理论、光栅衍射效率的严格耦合波算法和基本算法，设计了多层膜系和光栅结构，优化了Seya-Namioka型单色仪多层膜光栅的结构参数，利用磁控溅射和全息-离子束刻蚀技术研制了SiC基亚四分之一波长多层膜光栅，其衍射效率比单层膜光栅提高了1-2倍，并可较好地抑制高次谐波污染。此结果可以提高同步辐射单色仪的传输效率。.2 掠入射球面光栅单色仪光栅的高次谐波抑制.在不改变球面光栅单色仪基本空间结构的条件下，开展了基于衍射光栅的高次谐波抑制方法研究。系统模拟了光栅衍射效率和抑制高次谐波特性随光栅的结构参数(槽深和占宽比)的变化规律，研究了利用光栅槽形结构抑制高次谐波的特点和潜力，提出了分波段优化光栅槽形结构、基于二维光栅结构的高次谐波抑制方案、以光栅替代单色仪前置和后置反射镜的抑制高次谐波方案，为相关合肥同步辐射单色仪的性能提升提供参考。.3 合肥同步辐射光源光谱辐射标准和计量线站真空紫外波段效率测量的修正方法研究.利用振幅型透射光栅定量分析了合肥同步辐射光谱辐射标准和计量光束线在45-110nm波段的高次谐波成分，提高了该光束线在此波段光学元件效率的测量精度，初步解决了该光束线在45-110 nm波段元件效率的测试问题。利用此方法较准确地测试了本项目中研制的亚四分之一波长多层膜光栅的衍射效率。此方法的测试结果与光栅效率的模拟结果基本一致，并且与日本UVSOR同步辐射装置的测试结果也基本一致。