本發明專利技術涉及一種Mg/Zr極紫外多層膜反射鏡及其制作方法，在超光滑的硅片或玻璃基底上鍍制打底層，再交替鍍制Mg、Zr膜層形成Mg/Zr周期多層膜，然后在周期多層膜上鍍制B4C作為保護層。與現有技術相比，本發明專利技術采用熔點高、相態穩定的金屬Zr作為多層膜的吸收層，制作出的Mg/Zr極紫外多層膜反射鏡克服了Mg/SiC等傳統的Mg基多層膜熱穩定性差的缺點。同時，在極紫外波段Zr的光學常數合適，Mg/Zr多層膜反射鏡保持了Mg基多層膜反射鏡優異的光學性能。因此，兼顧了光學性能和熱穩定性的Mg/Zr多層膜反射鏡，適用于同步輻射光源、空間觀測等工作環境溫度高的極紫外波段應用。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于精密光學元件制作領域，尤其是涉及ー種Mg/Zr極紫外多層膜反射鏡及其制作方法。
技術介紹
極紫外天文觀測是研究太陽活動、日地環境、長期天氣預報的重要手段，通過極紫外天文望遠鏡對Fe XV(28. 4nm)和He II (30. 4nm)等重要的太陽譜線進行成像,能實時監控太陽的動態及其對地球的影響。另ー方面，極紫外波段存在許多的元素特征譜線，在同步輻射等人造光源中進行元素特征譜線的鑒定是化學分析的重要手段。而在極紫外波段，各種材料均存在吸收且折射率接近I，折射式光學系統不適用，采用多層膜反射鏡作為基本元件的近正入射反射系統是最常見的有效的系統。由于Mg的L吸收邊在25nm，Mg是25_40nm 波段廣泛應用的間隔層材料，現有的Mg/SiC，Mg/Y203和Mg/Co等Mg基多層膜反射鏡，實測的近正入射反射率達40%以上，展示出了優異的光學性能。在同步輻射光源和空間太陽觀測等應用中，多層膜反射鏡長時間在強光的照射下工作，由于光照射而引起反射鏡溫度上升達幾百攝氏度，在這些工作環境中，要求多層膜反射鏡能在高溫的環境中穩定地工作。然而，Mg化學性質活潑，熔點低(650°C )，使得提升Mg基多層膜反射鏡的熱穩定性極其困難。目前已有的Mg/SiC，Mg/Y203和Mg/Co多層膜反射鏡僅能在200°C以下保持穩定，在200°C以上多層膜結構急劇變差，光學性能隨之急劇下降。研究表明，在Mg/SiC多層膜中，Mg膜層和SiC膜層的界面在高溫條件下化學反應活躍，生成MgSi2,使界面質量下降，導致Mg/SiC多層膜反射鏡的光學性能變差。在Mg/Co多層膜中，Mg膜層和Co膜層的界面在300攝氏度左右粗糙度劇增，界面質量下降最終導致光學性能下降。現有的Mg基多層膜反射鏡只適當于工作環境溫度較低的應用中，其熱穩定性極大地限制了它在同步輻射光源、用于太陽成像的極紫外天文望遠鏡等重要領域中的應用。
技術實現思路
本專利技術的目的就是為了克服現有的Mg基多層膜熱穩定性差的缺陷而提出的ー種采用金屬Zr作為吸收層的Mg/Zr極紫外多層膜反射鏡及其制作方法。本專利技術的目的可以通過以下技術方案來實現ー種Mg/Zr極紫外多層膜反射鏡，其特征在干，該反射鏡包括基底，在基底上依次層疊有打底層、Mg/Zr周期多層膜及保護層，其中Mg/Zr周期多層膜由Mg膜和Zr膜周期性交替鍍制構成。所述的基底的材料為單晶硅片或玻璃。所述的打底層鍍制在基底上，打底層的材料為金屬Zr，厚度為2_3nm。所述的Mg/Zr周期多層膜鍍制在打底層上，所鍍制的第一層是Mg膜，最后ー層是Zr膜，周期數為30-40，Mg/Zr周期多層膜的總厚度為450_640nm，Mg層厚度與總厚度之比為 O. 6-0. 8。所述的保護層鍍制在Mg/Zr周期多層膜上，材料為B4C,厚度為3_5nm。ー種Mg/Zr極紫外多層膜反射鏡的制作方法，其特征在于，該方法包括以下步驟I)在超光滑的單晶硅片或玻璃基底上鍍制厚度為2-3nm的Zr膜層作為打底層；2)在打底層上鍍制周期數為30-40的Mg/Zr周期多層膜，總厚度為460-640nm，鍍制的第一層為Mg膜層,最后ー層為Zr膜層；3)在Mg/Zr周期多層膜上鍍制3. 5_5nm厚的B4C膜層作為保護層即可得到Mg/Zr極紫外多層膜反射鏡。所述的打底層、Mg/Zr周期多層膜和保護層均采用磁控濺射方法進行鍍制，模式為恒功率派射，工作氣壓為I毫托。 所述的打底層，Mg/Zr周期多層膜和保護層所采用的Mg靶、Zr靶和B4C靶的純度均為99. 5%0步驟I)中鍍制打底層前本底真空優于8E_5Pa。與現有技術相比，本專利技術Mg/Zr極紫外多層膜反射鏡引入了熔點高(1852°C)，化學性質和物理性質在高溫條件下依然保持穩定的金屬Zr作為多層膜的吸收層，解決了 Mg基多層膜中Mg層隨著溫度的上升而與吸收層發生擴散加劇、融合以及化學反應而造成多層膜質量下降最終導致光學性能變差的問題。傳統的Mg基多層膜以金屬/非金屬組合為主，活潑的Mg層隨著溫度上升過程中易于非金屬層發生化學反應，改變多層膜結構，例如Mg/SiC多層膜在高溫時生成MgSi2,同時急劇了 Mg層和SiC層的擴散，破壞了多層膜結構，導致光學性能急劇下降。新興的Mg/Co多層膜，盡管在阻止界面擴散方面有了很大的改進，但Co在溫度上升過程中會發生晶向的轉變，使多層膜結構發生明顯變化，導致光學性能下降。因此，現有的Mg基多層膜，包括Mg/SiC和Mg/Co等，由于界面結構、膜層結構在高溫條件下不能保持穩定，表現出了較差的熱穩定性，只能在工作在溫度較低的環境中，極大地限制了光學性能優良的Mg基多層膜在同步輻射光源、極紫外天文觀測等重要領域中的應用。而Mg/Zr多層膜通過采用金屬Zr作為吸收層材料，很好地解決了長期困擾Mg基多層膜的應用的熱穩定性問題，Mg/Zr多層膜反射鏡在300攝氏度左右依然保持著和常溫下幾乎一致的結構和光學性能，而在550攝氏度以下，雖然其光學性能略有下降，但依然能正常工作。此外，Zr的光學常數在極紫外波段合適，Mg/Zr多層膜反射鏡和其他Mg基多層膜反射鏡一祥，擁有較好的光學性能。因此，Mg/Zr極紫外多層膜反射鏡兼顧了光學性能和熱穩定性的兩方面優點，適用于同步輻射光源和極紫外天文觀測等重要的應用中。附圖說明圖I為Mg/Zr極紫外多層膜反射鏡的結構示意圖；圖2為Mg/Zr極紫外多層膜反射鏡的工作示意圖。圖中I為基底、2為Zr打底層、3為Mg/Zr周期多層膜中的Mg膜、4為Mg/Zr周期多層膜中的Zr膜、5為Mg/Zr周期多層膜，6為B4C保護層，7為入射光，8為反射光。具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本專利技術進行詳細說明。實施例ー種Mg/Zr極紫外多層膜反射鏡，其結構如圖I所示，該反射鏡包括基底I，在基底上依次層疊有打底層2、Mg/Zr周期多層膜5及保護層6，其中Mg/Zr周期多層膜由Mg膜和Zr膜周期性交替鍍設構成。基底I的材料為單晶硅片或玻璃，本實施例采用晶向為(100)的單晶硅片，打底層2鍍制在基底I上，打底層2的材料為金屬Zr，厚度為2-3nm。本實施例中為2nm。Mg/Zr周期多層膜5鍍制在打底層2上，所鍍制的第一層是Mg膜3，最后ー層是Zr膜4，周期數為30-40，本實施例中的周期數為40，Mg/Zr周期多層膜5的總厚度為450-640nm，Mg層厚度與周期厚度之比為O. 6-0. 8，本實施例中為O. 8。保護層6鍍制在Mg/Zr周期多層膜5上，材料為B4C,厚度為3-5nm，本實施例為4nm。首先選用超光滑的單晶硅片(晶向為(100))或玻璃作為反射鏡的基底1，基底粗糙度為O. 3-0. 5nm。然后在基底上鍍制厚度為2nm的Zr膜層作為打底層2。再在打底層2上交替鍍制Mg膜層3和Zr膜層4以形成Mg/Zr周期多層膜5，周期數為40，Mg的厚度與周期厚度之比為O. 8，周期多層膜5中所鍍制的第一層為Mg層，最后ー層為Zr層。最后在 周期多層膜上鍍制厚度為4nm的B4C層作為保護層6，即可得到性能優異的Mg/Zr極紫外多層膜反射鏡。膜層的鍍制均采用直流磁控濺射法，模式為恒功率式，工作氣壓為I毫托，膜層鍍制前本底真空優于8E-5帕斯卡，鍍制打底層、周期多層本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種Mg/Zr極紫外多層膜反射鏡，其特征在于，該反射鏡包括基底(1)，在基底(1)上依次層疊有打底層(2)、Mg/Zr周期多層膜(5)及保護層(6)，其中Mg/Zr周期多層膜(5)由Mg膜(3)和Zr膜(4)周期性交替鍍制構成。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：朱京濤，周斯卡，李浩川，王占山，
申請(專利權)人：同濟大學，
類型：發明
國別省市：
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