美国和欧洲X射线多层膜反射镜的开发简况

X射线多层膜反射镜是高精度光学元件，主要用于X射线领域。它们的开发和应用与X射线平版印刷术、X射线激光、X射线显微镜、X射线天文学及X射线共振吸收精细结构分析等领域的深入研究密切相关，促进了X射线多层膜技术的快速发展。目前，以美国为中心的研究正在迅速进行，并取得了一系列研究成果。 X射线多层膜反射镜的制备设备包括电子束蒸镀、磁控管溅射、离子束蒸镀等装置。其中，磁控管溅射法因其能够使溅射时产生的等离子体被磁场约束，基板不受损伤且淀积率高而被广泛采用。然而，不论是哪种蒸镀方法，淀积的粗糙度、d间距和重复性精度都是关键的技术问题。 淀积粗糙度指的是基板表面或膜层表面的不平整度，对于反射镜的光学性能有着重要影响。理想的淀积粗糙度越小越好，一般而言，淀积粗糙度在5-10埃(Å)是比较理想的水平，对于非晶态结构的膜层，效果更佳。在X射线多层膜技术中，d间距指的是两相邻层间的距离，它是决定多层膜反射率的关键参数之一。重复性精度则决定了多层膜结构在大面积上的均匀性，对提高反射镜的质量至关重要。 膜层间的漫射及膜层均匀性也是影响X射线多层膜反射镜性能的因素之一。漫射指的是X射线在多层膜层间传播时发生的散射现象，不均匀的膜层会导致反射率的不稳定，进而影响反射镜的整体性能。 当前，X射线多层膜反射镜已应用于平面镜和曲面镜，尤其是后者，其应用标志着X射线多层膜技术的一个重要进展。曲面镜上的均匀膜层制备技术，如离子束型蒸镀装置，能够在曲面镜内侧得到均匀的膜层，这是技术上的一大突破。 美国和欧洲在X射线多层膜反射镜研制方面的单位和主要研究者包括斯坦福大学、国际商用机器公司、国家航空和航天局戈送德空间飞行中心、劳仑斯·利弗莫尔国家实验室、洛斯·阿拉莫斯国家实验室等。他们采用的蒸镀方法主要有磁控管溅射、电子束蒸镀、离子束蒸镀等，这些方法各有优势，例如磁控管溅射法由于其高淀积率和对基板无损伤的特点而被广泛使用。 在材料方面，X射线多层膜反射镜的基板加工技术以及膜材料间的原子扩散问题是研究的重点。原子扩散可能导致反射镜寿命的缩短，因此，对于膜层间扩散行为的研究也非常重要。通过各种材料的涂膜试验，研究人员开始积累相关数据，并探索出延长反射镜寿命的方法。 制造X射线反射镜基板所需的技术以及能够提供这类技术的公司也是研究的一个重点，例如综合材料公司。此外，毛坯加工、抛光和研磨等工序对于提高反射镜的品质同样重要。X射线多层膜成像系统的供应也在急速通用化，这表明了X射线多层膜技术的广泛应用前景。 X射线多层膜反射镜的开发涉及到精密的制造工艺、严格的材料要求和复杂的技术挑战。这需要跨学科的合作，包括材料科学、光学工程、物理学等多个领域的专业知识。随着研究的不断深入，未来X射线多层膜反射镜的应用范围将会更加广泛，性能也会越来越优越。