太陽(yáng)發(fā)出的輻射覆蓋了所有的電磁波譜，而VUV被認(rèn)為是下一代太陽(yáng)光譜研究的理想波段。馬克思·普朗克太陽(yáng)系研究所和optiX fab.共同研發(fā)了一款組合鍍層鏡片[1]，用于太陽(yáng)高分辨率成像光譜儀-SPICE，其結(jié)構(gòu)如下圖2。

該主鏡在17-200nm達(dá)到較高的反射率，尤其是16.9-21.5 nm和46-127.5 nm兩個(gè)波段。其最上層是15nm的B4C單層膜，在波長(zhǎng)大于45nm以上具有寬帶的高反射率。下面是22個(gè)周期的Mo/Si多層膜，用于優(yōu)化短波反射率。Mo/Si多層膜之間添加0.5nm的阻擋層，作為相互擴(kuò)散屏障，且增強(qiáng)熱穩(wěn)定性和反射率。

除此之外，鏡片不但要達(dá)到科學(xué)目標(biāo)還需滿足太空的惡劣使用環(huán)境，因此鏡片參數(shù)必須嚴(yán)格表征。如下圖3所示，利用XRR測(cè)試鏡片在高溫下的膜層厚度變化（僅有0.043nm），利用AFM測(cè)試鏡片的表面粗糙度（約0.19nm rms），以及在PTB的MLS標(biāo)定鏡片的反射率。

只有以時(shí)間分辨的方式觀察反應(yīng)的演變，才能獲得分子形成、內(nèi)部重排和分裂的完整圖景。由于分子內(nèi)的電荷遷移和能量重新分配等基本過程通常發(fā)生在幾到幾十飛秒內(nèi)，因此需要一種足夠快的光譜技術(shù)來(lái)記錄反應(yīng)，即基于FEL或HHG的超快XUV-XUV pump-probe技術(shù)。

在德國(guó)漢堡自由電子激光FLASH2的FL26光束線上安裝的反應(yīng)顯微鏡（REMI）終端站就是利用XUV-XUV pump-probe技術(shù)研究原子、分子和小團(tuán)簇在其自然時(shí)間尺度上的動(dòng)力學(xué)。如下圖4所示，optiX fab.為終端站提供了分割（Split）平面分束鏡和一塊橢球面聚焦鏡^[2]。分割（Split）平面分束鏡將入射的FEL光束分成兩束，通過移動(dòng)上層的分束鏡引入路徑差，從而產(chǎn)生時(shí)間延遲，橢球面聚焦鏡則用于將分束后的光束聚焦到REMI的超音速噴射氣體中。所有鏡片都采用8°的掠入射角，且鍍有30nm厚的碳膜，以確保在30到180 eV的寬帶寬實(shí)現(xiàn)高反射率。

在極端掠入射角度和波長(zhǎng)低于10nm的情況下，碳膜與傳統(tǒng)的金膜相比，碳膜的反射率顯著提高，且具有高損傷閾值。

與FEL相比，HHG源是實(shí)驗(yàn)室最容易獲取的pump-probe技術(shù)研究手段。德國(guó)哥廷根大學(xué)的研究人員利用實(shí)驗(yàn)室的HHG光源搭建了一套1 MHz極紫外光束線，以用于時(shí)間分辨動(dòng)量顯微研究。如下圖5所示，該系統(tǒng)通過高次諧波生成產(chǎn)生26.5 eV（11th）的EUV光，經(jīng)過Z構(gòu)型的兩塊多層膜鏡片（平面鏡搭配球面鏡）聚焦到樣品上，這兩塊鏡片由optiX fab.提供，設(shè)計(jì)能量26.5eV，在5°入射角下，總反射率大于9%^[3]。Z構(gòu)型的鏡片組合有效地反射所需的諧波，并保持脈沖持續(xù)時(shí)間，與13th諧波相比，鏡片的消光率約為1:470，確保了諧波之間的干凈分離。

EUV和軟X射線光源在納米尺度成像領(lǐng)域展現(xiàn)了巨大的潛力，其細(xì)分技術(shù)路線包括：相干衍射成像（CDI）和X射線疊層衍射成像（X-ray ptychography）、極紫外相干斷層掃描技術(shù)（XCT）、水窗波段顯微成像等。

澳大利亞斯威本科技大學(xué)研究人員利用桌面型HHG光源實(shí)現(xiàn)了45 nm的高分辨率相干衍射成像。如下圖6所示，研究人員使用了平面多層膜鏡和球面多層膜將30 nm波長(zhǎng)的高次諧波光束單色聚焦到樣品上^[4]。通過優(yōu)化光束的聚焦和相位匹配，研究人員成功地在2秒的曝光時(shí)間內(nèi)獲得了高質(zhì)量的衍射圖案，并重建了3 μm × 3 μm樣品的圖像。optiX fab.鏡片的高反射率（35%）和窄帶寬特性（λ/Δλ > 250）確保了光束的單色性和高光子通量，顯著提升了成像的分辨率和效率。

德國(guó)耶拿大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種基于HHG光源的極紫外相干斷層掃描（XCT）裝置，用于納米級(jí)亞表面成像。如下圖8，該技術(shù)利用寬譜極紫外輻射，特別適用于硅基納米結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)，軸向分辨率可達(dá)16 nm^[6]。XCT技術(shù)通過測(cè)量樣品在寬譜范圍內(nèi)的反射率，結(jié)合傅里葉變換算法，能夠?qū)崿F(xiàn)納米級(jí)層狀結(jié)構(gòu)的高精度三維成像，為半導(dǎo)體制造和納米材料研究提供了強(qiáng)大的工具。

如下圖8所示，optiX fab.提供的XUV超環(huán)面聚焦鏡片鍍有B4C膜層，在10°掠入射下，對(duì)于30-130 eV的帶寬，具有高達(dá)56%-85%的反射率，確保了XUV光束的高效聚焦和成像質(zhì)量。鏡片的精密設(shè)計(jì)和制造工藝使其能夠在高真空環(huán)境下穩(wěn)定工作，同時(shí)支持快速調(diào)整和優(yōu)化光路，為納米級(jí)材料的精確分析提供了可靠支持。

水窗x射線顯微鏡允許二維和三維成像完整的未染色細(xì)胞在其冷凍固定的近原生狀態(tài)下具有獨(dú)特的對(duì)比度和高分辨率。目前的生物水窗顯微鏡是基于同步加速器設(shè)施，這限制了它們的可及性和與互補(bǔ)方法的整合。如下圖9，瑞典皇家理工學(xué)院（KTH）和卡羅林斯卡學(xué)院的研究人員利用實(shí)驗(yàn)室激光打靶的光源，搭建了水窗波段（2.3nm-4.4nm）的冷凍X射線顯微鏡，監(jiān)測(cè)了饑餓狀態(tài)下HEK293T細(xì)胞中碳密集囊泡的分布，并成像了自然殺傷細(xì)胞（NK細(xì)胞）與靶細(xì)胞之間的相互作用^[7]。

如圖9所示，optiX fab.提供的多層膜收集鏡，設(shè)計(jì)能量2.48nm，采用500對(duì)的Cr/V膜層設(shè)計(jì)，其平均反射率從0.6%提升至4.66%，極大地增強(qiáng)了軟X射線的聚焦效率，使得在2D和3D成像中都能以極短的曝光時(shí)間（10秒和20分鐘）獲得100nm左右的高分辨率和高對(duì)比度的細(xì)胞圖像。

[1]  Teriaca L, Feigl T, Schühle U. Broadband EUV/FUV mirror coatings for a solar spectrograph mission. Space Telescopes and Instrumentation 2018: Ultraviolet to Gamma Ray. SPIE, 2018, 10699: 739-746.

[2]  Schmid G, Schnorr K, Augustin S, et al. Reaction microscope endstation at FLASH2. Journal of synchrotron radiation, 2019, 26(3): 854-867.

[3]  Keunecke M, M?ller C, et al. Time-resolved momentum microscopy with a 1 MHz high-harmonic extreme ultraviolet beamline. Review of Scientific Instruments, 2020, 91(6).

[4]  Vu Le H, Ba Dinh K, Hannaford P, et al. High resolution coherent diffractive imaging with a table-top extreme ultraviolet source. Journal of Applied Physics, 2014, 116(17).

[5]  Truong N X, Safaei R, Cardin V, et al. Coherent tabletop EUV ptychography of nanopatterns. Scientific Reports, 2018, 8(1): 16693.

[6]  Nathanael J, Wünsche M, Fuchs S, et al. Laboratory setup for extreme ultraviolet coherence tomography driven by a high-harmonic source. Review of Scientific Instruments, 2019, 90(11).

[7]  Fogelqvist E, K?rdel M, Carannante V, et al. Laboratory cryo x-ray microscopy for 3D cell imaging. Scientific reports, 2017, 7(1): 13433.