极紫外单色仪波长定标

　　1　引　言

　　近年来,随着对天文学、空间天体物理、等离子体物理、材料科学及分子生物学等相关学科的深入研究,极紫外和软X射线光学的研究和利用已经成为国际上的前沿科学领域。软X射线多层膜反射镜,由于其具有高的反射率和窄的带宽而在天文学、显微成像、同步辐射、投影光刻、软X射线激光应用等方面起着重要作用,而这些应用大都要求软X射线反射镜的反射峰值处在特定波长。由于制作工艺复杂,反射镜的反射特性可能会与理论设计值有很大不同,为此非常有必要对反射镜的反射特性进行实验标定。单色仪是一种常用的分光仪器,它可以产生单色光﹑进行光谱分析和光谱特性的研究[1]。若要使用单色仪对多层膜反射镜的反射率及其峰值位置进行准确的测量,首先应对单色仪进行定标。

　　本实验室之前对Mcpherson247单色仪定标所采用的是以光栅方程为理论依据,通过测量空阴极光源的30.38、53.70和58.43 nm 3条发射光谱进行定标[2]的方法。但由于波长扫描器与单色仪之间连接杠杆脱扣而发生丢数,该单色仪需重新定标。又由于波长扫描器与单色仪在光栅方程中的对应关系已变得不准,故须选用其它方法进行定标。多次实验验证表明,仅通过测量He空阴极光源的发射光谱定标,结果只在>30 nm波段的测量较为准确,而对于<30 nm的波段误差较大,所以本次实验除了用空阴极光源发射光谱标定两点外,还要在<30 nm的波段找到另一标准点。本文介绍了一种新的定标方法:通过测量标准气体He空阴极光源的30.38和58.43 nm两条发射光谱和标定过的中心波长为13.90 nmMo/Si多层膜反射镜的反射率峰值位置,对Mcpherson247型EUV单色仪进行波长定标。

　　对标定结果做了分析,结果表明,在12~60 nm波段内,用激光等离子体光源软X射线反射率计测量多层膜反射镜反射峰值位置时,测量准确度为0.08 nm,测量重复性为±0.04 nm。

　　2　实验装置

　　2.1　EUV单色仪

　　本次实验标定的单色仪是Mcpherson247动狭缝掠入射单色仪,其只有一个光学元件即凹面光栅作为分光和聚光元件,这既提高了光谱分辨率和波段范围,又增加了到达探测器的能量,提高了探测系统的信噪比。工作波段为1~120 nm。入缝、出缝和光栅同在罗兰圆上,入射角是87°。凹面光栅的曲率半径为2 217.6 mm,刻划密度为600 l/mm,刻划面积为30 mm×50 mm,闪耀角为2.07°。由其工作原理可知,入射狭缝和出射狭缝位于直径为R的圆周上,即罗兰圆上。通过改变出臂长度rb的大小,在单色仪的出射狭缝处就可以得到相应波长λ的单色光,光栅方程[2-3]如下:

　　其中,ra是入臂长度;rb是出臂长度;R是凹面光栅的曲率半径;d是光栅的刻线密度;λ是波长。