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行業(yè)資訊

高精度同步輻射鏡片的制造工藝

2024-01-06 15:13:37 unistar


同步輻射是當(dāng)前許多科學(xué)和工業(yè)領(lǐng)域中的高性能儀器。對這種光源的日益關(guān)注為基礎(chǔ)和應(yīng)用研究開辟了新的可能性。同步輻射射線工具將研究者帶入了原子尺度的世界，這歸功于同步輻射的極小波長和超高真空室。因此，對所使用的光學(xué)元件有非常嚴(yán)格的規(guī)格要求。高熱導(dǎo)率和低熱膨脹對同步輻射鏡片基底（低的形變）來說是必要的，同時還需要良好的光學(xué)加工性能和長期穩(wěn)定性。


北京眾星聯(lián)恒科技有限公司

高精度同步輻射鏡片

同步輻射金鏡

北京眾星聯(lián)恒科技有限公司

以掠入射光學(xué)元件的質(zhì)量以表面形狀誤差為特征，這是一種描述實際形狀與理想表面之間最大（PV）或平均（RMS）偏差的術(shù)語。由于斜入射光學(xué)元件的聚焦質(zhì)量主要由表面上的斜率分布決定，因此更常用RMS斜率誤差作為全局形狀精度的規(guī)格要求。典型值為 0.05 微弧度/ RMS（用于平面表面）至 0.1 微弧度/ RMS（非球面表面）。在可視化干涉檢測中，通常使用測試波長（PV或RMS）的百分比來描述面型精度，例如“λ/130（RMS）@ 633nm” - 在測試波長λ=632.8nm下。干涉測量技術(shù)最適合于平面和球面表面。如果使用組件特定的零透鏡，還可以測試非球面表面。該透鏡可以補(bǔ)償由非球面變形引起的波前像差。微粗糙度可以通過微干涉儀或 3D 光學(xué)輪廓儀進(jìn)行測量，分辨率應(yīng)優(yōu)于 0.1nm，例如 Zygo 公司的“NewView 5000”。

同步輻射鏡的典型表面幾何形狀

  • 平面=>（達(dá)到最佳斜率誤差）；

  • 球體、圓柱體=>（非常好的斜率誤差）；

  • 超環(huán)面、橢圓/拋物柱體、橢圓環(huán)=>（良好的斜率誤差）；

  •  橢球（旋轉(zhuǎn)）、拋物面、雙曲面；自由形表面=>（良好的斜率誤差）。

同步輻射鏡的典型基底材料

對于低同步輻射通量：

  • Zerodur?、Astrositall?（Sitall CO-115M）

  • 熔融石英

  • ULE?

  • 玻璃（Pyrex，BK7等）

對于高同步輻射通量：

  • 硅（單晶）

  • 碳化硅（CVD） 

  • 鍍電鎳層的銅

  • 鍍電鎳層的鋁

制造技術(shù)

同步輻射鏡有兩種技術(shù)：直接制造和負(fù)模具復(fù)制。直接制造過程通常包括以下步驟：

  1. 研磨用于預(yù)制造基板和光學(xué)表面幾何形狀；

  2. 蝕刻用于減小應(yīng)力和亞表面損傷；

  3. 研磨用于在側(cè)面實現(xiàn)良好的熱接觸，并優(yōu)化光學(xué)表面以進(jìn)行后續(xù)步驟；

  4. 拋光用于通過多個步驟來修正和平滑表面。

為了達(dá)到所需的質(zhì)量，測量和拋光之間需要非常密切的交互作用。根據(jù)鏡子的幾何形狀和所需的精度，殘余誤差的細(xì)微修正必須通過以下方式進(jìn)行：

  • 傳統(tǒng)拋光；用于平面和球面鏡子，rms 粗糙度：<2 nm；~4 ?（磁流變）

  • 計算機(jī)控制的細(xì)微修正拋光工具；用于高端非球面成像（<0.1微弧度）

  • 離子束；用于任何形狀的光學(xué)表面的高端成像（<0.1微弧度）

  • 金屬鏡子也可以通過金剛石車削方法和復(fù)制技術(shù)進(jìn)行制造。

涂層

常用的涂層材料：Au，Pt，Rh，Ni，Pd，Al，Si，Ru，SiO2，Al/MgF2 等。在某些情況下（例如 Ru），需要一層薄的 Cr  粘結(jié)層（約  0.4 nm）來減小應(yīng)力并保持微粗糙度性能。實際上，每個涂層生產(chǎn)商都擁有“藝術(shù)涂層”超紫外高反射鏡的專業(yè)知識。同時我們還可以提供“special EUV HR”（=> XUV），適用于 λ < 50nm。不同金屬涂層的VUV鏡子在 AOI = 75° 下的理論反射率（理論上，非偏振）如下：


鉑


金  

Standard EUV (Au_40nm/ Cr_binder)


鎳


R=60% (55-58%)@200nm -65nm


R=60% (55-58%)@200nm -65nm


R=64% (68-60%)@200nm -120nm


R=66% (60-69%)@ 65nm -27nm


R=62% (55-65%)@ 65nm -25nm


R=58% (60-56%)@120nm - 40nm


R=57% (60-55%)@ 27nm -22nm



R=65% (70-60%)@ 41nm - 30nm


R=62% (60-65%)@ 22nm -12nm


R=64% (61-70%)@ 25nm -15nm


R=45% (60-30%)@ 30nm - 20nm


R=52% (55-50%)@ 12nm -10nm


R=65% (71-70%)@ 15nm - 9nm


R=35% (30-40%)@ 20nm - 16nm

Au、C 和 Be 鍍層在 1 埃下的反射率及在臨界角下的能力帶寬：
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可提供的同步輻射鏡片類型 (參考參數(shù)）：

基底材料: Sitall CO-155M (Zerodur); Fused Silica; Si; SiC  CVD etc.


HR COATING (with Ion Beam Assistance): Standard EUV (Cr_binder  +Au_40nm): HR @ 25- 200 nm at AOI
Special EUV (Cr_binder +Au +Ingredients): XUV HR @ 2-70 nm at  AOI



極限參數(shù)


標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)


尺寸


Up to 1200 mm


Up to 500 mm


有效尺寸


Up to 100 %


90 %


曲率公差


Down to 0.01 %


0.5 %


微粗糙度
 [nm], RMS


0.4


~2


斜率誤差
 [microRad], RMS


0.1 – 縱向
 0.5 – 橫向


5-縱向
 15 – 橫向


面型精度
for λ test =632nm


λ / 130


λ / 25


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