30.4nm正入射成像系统滤光片

　　1　引　言

　　近年来,高反射率EUV反射镜在正入射EUV望远镜和成像仪上得到了广泛的应用[1-4]。在30.4 nm波段,多层膜反射镜满足布拉格条件,可以分离出窄带宽的EUV光谱。然而,多层膜反射镜在可见光、紫外光和近红外光波段也同样有很高的反射率,它的正入射反射率可以超过50%,所以,需要用滤光片来消减不需要的长波辐射。另外,多层膜的第二级布拉格反射峰比第一级布拉格反射峰大很多,而滤光片在长波处的透过率大于在短波处的,利用这一特性,滤光片可以有效地减弱多层膜反射镜的二级布拉格峰。EUV波段滤光片性能的研究通常是关于材料的波长与透过率的关系或波长与线性吸收系数之间的关系。线性吸收系数对设计滤光片起重要的作用,透过率更能直观地反映出滤光片的光学性能。

　　本文理论设计了30.4 nm波段滤光片,改进了现有的测量装置,使其适用于滤光片透过率测量。测量了滤光片在EUV波段的透过率;为了更全面地反映滤光片的性能,还测量了它在紫外、可见和近红外波段的透过率。

　　2　滤光片的设计

　　2.1　基本理论

　　除真空之外,在EUV波段不存在透明的介质,为此引入复折射率:

　　式中,n、k为复折射率的实部和虚部,实部代表入射光的相位变化,虚部代表吸收,一般称n、k为物质的光学常数,通常分别记作n=1-δ,k=β,δ和β可用原子散射参数的实部和虚部[f0+f′]及f″来表示,即:

　　式中,,是经典电子半径;N是单位体积中原子个数。利用B.L.Henke等人给出的原子散射因子f=f1+if2=f0+f′+if″可计算出材料的光学常数。

　　EUV波段不同材料透过率T的计算公式为:

　　T=exp(-αd) , (4)

　　式中,α为特定波长处的线性吸收系数;d为材料的厚度,其中:

　　通过式(4)和式(6)即可以计算出不同材料不同厚度滤光片的透过率。

　　2.2　滤光片材料及厚度的选择

　　在EUV波段最常用的滤光片材料有碳(C)、铍(Be)、硅(Si)和铝(Al),图1为它们的波长与线性吸收系数之间的关系。表1为材料在30.4 nm波段处吸收系数与在其它EUV波段处吸收系数的比值,此值越小,说明滤光片在30.4 nm处的透过率越高于在其它EUV波段的透过率,而表中铝的此比值最小,所以,铝是最合适的材料。但是,滤光片的材料除了要在EUV波段有很高的透过率,还要求它在可见、紫外和近红外波段反射比大。这是由于在高负荷情况下,吸收大、反射小的材料易发生热变形,导致滤光片破损。其次,组成滤光片的材料要有较好的热稳定性和机械强度,并有较好的成膜特性。图2显示了铝在紫外到近红外波段的反射比。