一種薄膜材料極紫外輻射損傷實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及薄膜材料極紫外輻射損傷研究領(lǐng)域，尤其是涉及一種薄膜材料極紫外輻射損傷實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)薄膜材料的極紫外波段輻射損傷研究對(duì)于自由電子激光的發(fā)展、極紫外光刻和新型探測(cè)器的研制等多方面具有十分重要的意義。然而，國(guó)際上開展的薄膜材料的極紫外波段輻射損傷研究非常少，主要原因是由于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)缺乏高強(qiáng)度極紫外輻射損傷實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在2003年，M.Grisham等人首次利用毛細(xì)管放電產(chǎn)生的46.9nm波長(zhǎng)光源開展Sc/Si多層膜反射鏡的輻射損傷實(shí)驗(yàn)。隨著極紫外、軟X射線自由電子激光的出現(xiàn)，Hau-Riege等人利用德國(guó)FLASH光源在極紫外波段單脈沖以及多脈沖輻照下測(cè)量了 C、S1、B4C和SiC單層膜以及Mo/Si和MoN/SiN多層膜光學(xué)元件的輻照損傷閾值，分析了 EUV波段飛秒激光對(duì)薄膜材料的損傷機(jī)理。近幾年，Barkusky等人利用激光等離子體光源產(chǎn)生的波長(zhǎng)13.5nm的納秒脈寬強(qiáng)輻射光源研究了 S1、Si02、Mo/Si周期多層膜和PMMA等聚合物材料的損傷閾值。由于在全世界范圍內(nèi)短波長(zhǎng)自由電子激光實(shí)驗(yàn)站的數(shù)量以及提供給用戶的機(jī)時(shí)極為有限，并且基于實(shí)驗(yàn)條件的極紫外輻射損傷實(shí)驗(yàn)裝置缺乏等因素影響，這極大限制了極紫外波段薄膜材料損傷研究的進(jìn)展。
[0003]激光等離子體是一種高亮度的極紫外波段光源，具有光譜范圍寬、脈沖寬度短、輻射穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，在極紫外光刻、生物醫(yī)學(xué)和輻射劑量等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。利用激光等離子體光源并結(jié)合Schwarzschild聚焦系統(tǒng)可以獲得高強(qiáng)度的極紫外輻射，從而為開展薄膜材料極紫外輻射損傷研究提供了可能。目前國(guó)內(nèi)對(duì)薄膜材料極紫外波段損傷研究還是空白，然而我國(guó)正在開展軟X射線自由電子激光光源的建設(shè)，亟需深入了解極紫外輻射與光學(xué)元件相互作用的損傷閾值及其損傷機(jī)理。由于我國(guó)在極紫外波段輻射損傷實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)的缺乏，還未能在該領(lǐng)域開展過研究工作。本發(fā)明利用激光等離子體產(chǎn)生極紫外波段寬光譜光源，并利用Schwarzschild聚集物鏡實(shí)現(xiàn)對(duì)于極紫外光源的單色化以及微聚焦從而獲得高能量密度的極紫外光脈沖；結(jié)合三維精密電位移樣品臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的精確定位，在計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)控制下實(shí)現(xiàn)光學(xué)薄膜樣品極紫外輻射損傷的自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)測(cè)試，為系統(tǒng)開展光學(xué)薄膜材料的極紫外輻射損傷研究創(chuàng)造了條件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種測(cè)量準(zhǔn)確可靠的薄膜材料極紫外輻射損傷實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0006]—種薄膜材料極紫外福射損傷實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括依次連接的控制單元、Nd:YAG激光器、光路單元、真空腔單元和極紫外CCD探測(cè)器，所述極紫外CCD探測(cè)器與控制單元連接，所述真空腔單元包括真空腔和依次設(shè)置在真空腔內(nèi)的聚焦透鏡、靶材、第一鋯片、Schwarzschild物鏡和用于放置待測(cè)光學(xué)薄膜樣品的三維位移樣品臺(tái)，所述極紫外CCD探測(cè)器伸入真空腔內(nèi)并對(duì)準(zhǔn)靶材；
[0007]進(jìn)行薄膜材料極紫外福射損傷實(shí)驗(yàn)時(shí)，控制單元控制Nd: YAG激光器發(fā)出脈沖激光，該脈沖激光經(jīng)光路單元后進(jìn)入真空腔內(nèi)，經(jīng)聚焦透鏡后聚集在靶材并產(chǎn)生激光等離子體光源，該激光等離子體光源發(fā)射的光波經(jīng)過第一鋯片后再經(jīng)Schwarzschild物鏡聚焦到待測(cè)光學(xué)薄膜樣品表面產(chǎn)生極紫外輻射損傷，極紫外CCD探測(cè)器采集靶材表面的圖像傳輸給控制單元。
[0008]所述光路單元包括依次設(shè)置的紅外激光衰減片、高反射鏡和擴(kuò)束鏡。
[0009]所述真空腔上設(shè)有入射窗，經(jīng)光路單元后的脈沖激光通過所述入射窗進(jìn)入真空腔內(nèi)。
[0010]所述控制單元包括計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)控制卡，所述計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)控制卡分別連接Nd:YAG激光器和極紫外(XD探測(cè)器，驅(qū)動(dòng)Nd: YAG激光器發(fā)出脈沖激光，并接收，極紫外(XD探測(cè)器采集的圖像。
[0011]所述極紫外CCD探測(cè)器表面放置有第二鋯片，極紫外CCD探測(cè)器與靶材間設(shè)有針孔，極紫外CCD探測(cè)器依次通過第二鋯片、針孔采集靶材表面的圖像。
[0012]所述針孔和極紫外(XD探測(cè)器間的距離與針孔和靶材間的距離之比為2:1。
[0013]優(yōu)選地，所述第二鋯片為600nm厚的極紫外(XD用鋯片，所述針孔的直徑為15um。
[0014]所述三維位移樣品臺(tái)上還設(shè)置有用于探測(cè)經(jīng)過Schwarzschild物鏡后的微聚焦光斑的能量的極紫外光電探測(cè)器，該極紫外光電探測(cè)器通過同軸電纜與示波器連接。
[0015]所述三維位移樣品臺(tái)包括相連接的三維精密電位移臺(tái)和樣品架，所述三維精密電位移臺(tái)通過三維電位移臺(tái)控制器與控制單元連接，三維電位移臺(tái)控制器接受控制單元的控制，并驅(qū)動(dòng)三維精密電位移臺(tái)移動(dòng)。
[0016]優(yōu)選地，所述三維電位移臺(tái)控制器通過USB接口與控制單元中的計(jì)算機(jī)連接。
[0017]所述真空腔內(nèi)還設(shè)置有步進(jìn)電機(jī)，所述靶材與步進(jìn)電機(jī)連接，所述步進(jìn)電機(jī)通過步進(jìn)電機(jī)控制器與控制單元連接。
[0018]所述紅外激光衰減片設(shè)置于一旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，該旋轉(zhuǎn)臺(tái)與一旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)連接。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0020]1)本發(fā)明利用極紫外CCD探測(cè)器和極紫外光電探測(cè)器對(duì)激光能量、產(chǎn)生的等離子體光斑形狀和強(qiáng)度、輻照到樣品表面極紫外光脈沖的能量等信息進(jìn)行測(cè)量，能夠準(zhǔn)確標(biāo)定照射在樣品表面的極紫外光脈沖的能量密度，使極紫外輻照損傷的測(cè)量更加準(zhǔn)確可靠。
[0021]2)本發(fā)明設(shè)置有控制單元，可實(shí)現(xiàn)程序自動(dòng)化控制，通過LabVIEW軟件來集成控制激光發(fā)射、靶材轉(zhuǎn)動(dòng)、樣品位移，實(shí)現(xiàn)在樣品不同位置處單脈沖或多脈沖輻照損傷研究。
[0022]3)本發(fā)明為在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)系統(tǒng)地開展薄膜材料極紫外輻射損傷研究提供基礎(chǔ)，由計(jì)算機(jī)集成控制，具有良好的操作性和參數(shù)控制能力，便于安裝調(diào)試。
[0023]4)極紫外CCD探測(cè)器采集靶材表面的極紫外等離子體光斑形狀是采用針孔成像的原理，測(cè)量準(zhǔn)確可靠。
[0024]5)極紫外CCD探測(cè)器前設(shè)置有600nm厚的鋯片，可以有效濾除可見光的影響，從而利用CCD探測(cè)器獲得極紫外波段等離子光源的光斑大小和強(qiáng)度信息。
[0025]6)在真空腔內(nèi)放置一紅外激光聚焦透鏡，實(shí)現(xiàn)對(duì)于入射紅外激光的微聚焦并照射在靶材表面。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0028]如圖1所示，本實(shí)施例提供一種薄膜材料極紫外輻射損傷實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括依次連接的控制單元、Nd:YAG激光器1、光路單元、真空腔單元和極紫外(XD探測(cè)器11，極紫外(XD探測(cè)器11與控制單元連接，真空腔單元包括真空腔和依次設(shè)置在真空腔內(nèi)的聚焦透鏡6、靶材7、第一鋯片12、Schwarzschild物鏡13和用于放置待測(cè)光學(xué)薄膜樣品的三維位移樣品臺(tái)14，極紫外CCD探測(cè)器11伸入真空腔內(nèi)并對(duì)準(zhǔn)靶材7，真空腔上設(shè)有入射窗5，真空腔用于保持實(shí)驗(yàn)條件在10 2Pa真空條件下進(jìn)行，進(jìn)行薄膜材料極紫外輻射損傷實(shí)驗(yàn)時(shí)，控制單元控制Nd: YAG激光器1發(fā)出脈沖激光，該脈沖激光經(jīng)光路單元后通過入射窗5進(jìn)入真空腔內(nèi)，經(jīng)聚焦透鏡6后聚集在靶材7并產(chǎn)生激光等離子體光源，該激光等離子體光源發(fā)射的光波經(jīng)過第一鋯片12后再經(jīng)Schwarzschild物鏡13聚焦到待測(cè)光學(xué)薄膜樣品表面產(chǎn)生極紫外輻射損傷，極紫外CCD探測(cè)器11采集靶材7表面的圖像傳輸給控制單元。
[0029]Nd:YAG激光器1可根據(jù)實(shí)際操作的需要選擇不同型號(hào)的脈沖激光器。本實(shí)施例中，Nd:YAG激光器1為1064nm納秒脈沖激光器，由振蕩級(jí)和兩個(gè)放大級(jí)組成，動(dòng)態(tài)調(diào)Q，輸出波長(zhǎng)1064nm，輸出光斑直徑6mm，脈沖寬度為20ns，最大出射能量800mJ左右。Nd:YAG激光器1使用外觸發(fā)方式，當(dāng)控制單元給出觸發(fā)信號(hào)后，脈沖激光器才被驅(qū)動(dòng)工作。
[0030]光路單元包括依次設(shè)置的紅外激光衰減片2、高反射鏡3和擴(kuò)束鏡4，紅外激光衰減片2用于對(duì)入射的紅外激光能量進(jìn)行衰減。進(jìn)一步地，可將紅外激光衰減片2設(shè)置于一旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，該旋轉(zhuǎn)臺(tái)與一旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)連接，旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)紅外激光衰減片2旋轉(zhuǎn)，不同旋轉(zhuǎn)位置對(duì)應(yīng)不同的衰減強(qiáng)度。高反射鏡3用于改變光束的傳播光路，將衰減片衰減后的激光束反射到擴(kuò)束鏡4的入射端。擴(kuò)束鏡4將高反射鏡3反射的直徑6_的光束擴(kuò)束到18_再入射到入射窗5，擴(kuò)束鏡4透過率為98.5%，擴(kuò)束比為1:3。
[0031]入射窗5用于將擴(kuò)束后的光束透射到聚焦透鏡6。入射窗5結(jié)構(gòu)由外到內(nèi)依次是壓蓋一0型密封圈一石英玻璃片一0型密封圈一轉(zhuǎn)接法蘭。
[0032]聚焦透鏡6用于對(duì)輸入的光束進(jìn)行聚焦。本實(shí)施例中，聚焦透鏡為凸透鏡，其焦距75mm0
[0033]靶材7用于