《光學薄膜材料極紫外輻射損傷機理研究》是依託同濟大學，由李文斌擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：光學薄膜材料極紫外輻射損傷機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李文斌
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
隨著短波長自由電子雷射技術的發展，超快、超強極紫外和X射線波段自由電子雷射對薄膜光學元件輻射損傷問題正成為研究熱點。由於高強度短波長光源的缺乏，薄膜材料的極紫外輻射損傷研究開展地極為有限。針對我國計畫發展的X射線自由電子雷射試驗研究，本項目擬結合雷射電漿光源和Schwarzschild微聚焦光學系統，在實驗室條件下建立波長可調的高強度極紫外微聚焦源，並利用此光源開展單層膜和多層膜光學元件的極紫外輻射損傷研究。分析不同材料、不同厚度的單層膜在不同入射波長條件下的損傷閾值以及損傷機理。針對自由電子雷射實驗中所使用的多層膜光學元件，研究不同材料對組合以及間隔層對於提高多層膜抗輻射損傷的能力，結合有限元等方法分析多層膜的損傷機理。本項目的開展將彌補國際上該研究領域的空白，對我國自由電子雷射的光束線設計、光學元件的開發，以及將來利用自由電子雷射開展科學實驗研究都具有十分重要的意義。
結題摘要
我國正在大力發展短波長自由電子雷射及其相關技術，其中自由電子雷射對光學元件的輻照損傷是影響光源亮度提升以及光源品質的核心問題之一。針對該科學問題，本項目開展了極紫外波段單脈衝輻照損傷薄膜光學元件的實驗和理論研究。依託實驗室自身力量，課題組成功研發了光、機、電、控一體的高能量密度極紫外輻照損傷測試平台，該平台包括了雷射電漿光源、改進型Schwarzschild物鏡、線上監測、真空以及LabVIEW控制系統等。在13.5nm波段，該裝置可以產生能量密度高達2.3 J/cm^2的納秒量級的極紫外光脈衝，可以針對大多數的薄膜光學元件開展EUV波段輻照損傷研究，整個系統的性能達到了國際領先水平。 利用該極紫外輻照損傷測試平台，本項目對Au單層膜、Mo/Si周期多層膜、PMMA和CaF2塊體等材料開展了輻照損傷研究。對於Au和Mo/Si薄膜，實驗發現其損傷機制主要為熱熔融損傷，損傷閾值分別為1.37+/-0.12 J/cm^2和1.02+/- 0.9 J/cm^2。PMMA材料的損傷機制為光化學反應，通過測量PMMA損傷坑的形貌我們可以準確獲得聚焦光的強度分布信息。對於CaF2材料，實驗中發現其損傷閾值為1.39+/-0.13 J/cm^2，雖然該材料的損傷機制也是屬於熱熔融損傷，但是實驗發現其損傷閾值可能與CaF2的晶相有關。 基於該損傷測試平台，將來我們可以進一步針對我國自由電子雷射用光學元件開展輻照損傷研究，通過實驗獲得實際的損傷閾值，分析提高和改善光學元件極損傷閾值的方法，為我國自由電子雷射的順利開展提供技術支持。
