摘要：为了实现7nm波段Mo/B4C多层膜反射镜元件的制备,研究了不同退火方式对Mo/B4C多层膜应力和热稳定性的影响。首先,采用直流磁控溅射方法分别基于石英和硅基板制作Mo/B4C多层膜样品,设计周期为3.58nm、周期数为60,Mo膜层厚度与周期的比值为0.4。其次,采用不同的退火方式对所制作的样品进行退火实验,最高退火温度500℃。最后,分别采用X射线掠入射反射、X射线散射和光学干涉仪的方法对退火前后的Mo/B4C多层膜的周期、界面粗糙度和应力进行测试。测试结果表明采用真空退火方式能够有效降低Mo/B4C多层膜的应力,且退火前后Mo/B4C多层膜的周期和界面粗糙度无明显变化,证明Mo/B4C多层膜在500℃以内具有很好的热稳定性。

摘要：在非厄米系统参数空间的黎曼曲面上存在简并点,此时本征值和相应的本征矢量同时合并,这些非厄米简并点也被称为奇异点.作为非厄米物理系统的相变临界态,奇异点会引起诸多违反直觉的现象,如损耗诱导透明、单向隐身以及非对称的模式转换.特别有趣的是,奇异点的本征矢量是自正交的,并且由于维度的缺失,特定非厄米系统的奇异点具有固有的手性.本文基于开口谐振环这种特殊的超构材料谐振子构造了耦合系数符号可以灵活调控的非厄米系统,并在实验上观测了非厄米系统奇异点的手性翻转现象.利用耦合系数符号的改变来实现非厄米系统奇异点的手性态调控,不仅为研究开放系统中的基本非厄米物理开辟了一条新的途径,而且在设计高效手性模式转换以及手性天线等光子器件方面具有一定的应用价值.

摘要：本文对具有类EIR色散特性的平面金属等离激元超材料(planar plasmonic metamaterials,PPM)对光学Tamm态及相关激射行为的增强作用进行了研究.我们首先运用传输矩阵方法分析了利用PPM结构的色散来增强光学Tamm态对应模式电磁局域密度的可能性.其次,我们将具有类EIR特性的PPM与一维光子晶体(photonic crystal,PC)合在一起设计了一种平面等离激元超材料-光子晶体(PPM-PC)异质结构.研究发现,通过在电磁局域密度最高的PPM结构中(或附近)加入增益介质,可观察到比通常光学Tamm态更强的激射增强效应及更明显的单色性响应.这些特性使得这种PPM-PC结构有望被应用于低阈值激光器、荧光增强等方面.

摘要：物质组分与结构分析是认知和研究物质的重要方式。利用X射线荧光光谱分析法可以对物质中的元素进行定性分析与定量检测,该方法是目前最为常规的物质组分和结构无损分析手段之一。在使用波长色散型X射线荧光光谱仪探测轻元素时,多层膜分光晶体是核心的光学元件。使用人工多层膜晶体代替普通晶体作分光晶体,可有效提升分析仪器对轻元素的检测能力。针对国产波长色散型X射线荧光光谱仪分析轻元素的实际需求,设计出了Mo/B4C,Cr/C,Cr/Sc,W/B4C(周期厚度d=3.63 nm)和W/B4C(周期厚度d=2.85 nm)多层膜分光晶体,分别适用于B,C,N,O,F五种轻元素的荧光探测。利用磁控溅射的方式,在尺寸为50 mm×30 mm的超光滑Si基底上完成了五种多层膜晶体的制备。采用高分辨率X射线衍射仪对各个多层膜晶体进行掠入射X射线反射测试,测试及拟合结果表明:五种多层膜晶体膜层结构规整、界面宽度小、成膜质量高,膜层均匀性好,整个镜面上周期厚度的均匀性误差均在1%以内。采用原子力显微镜表征了各个多层膜晶体的表面形貌,结果表明:五种多层膜晶体表面颗粒状结构尺寸较小,表面形貌平滑,表面粗糙度小。最后,通过模拟计算获得了各个多层膜晶体在掠入射工作角度下的反射率,分别为:Mo/B4C(30.1%@B-Kα线),Cr/C(29.3%@C-Kα线),Cr/Sc(35.4%@N-Kα线),W/B4C(d=3.63 nm,8.6%@O-Kα线),W/B4C(d=2.85 nm,10.7%@F-Kα线)。基于以上研究,所制备的五种多层膜分光晶体可以满足波长色散型X射线荧光光谱仪的需求,能够应用在B,C,N,O,F五种轻元素的探测中。

摘要：远紫外波段高反射薄膜的研究具有重要应用价值。为了实现高反射率,采用高温三步蒸发法沉积MgF2膜以保护Al膜,制备了远紫外宽带高反射薄膜,并对样品进行退火处理。结果显示,改进制备工艺和退火工艺后,紫外宽带高反射薄膜在121.6 nm处的反射率高达90%,接近理论设计值。同时分析了散射损耗的影响。采用优化的LaF3/MgF2膜系结构,制备了窄带反射滤光薄膜,其在中心波长122.5 nm处的峰值反射率为75%且半峰全宽为8 nm,达到了理论设计的预期效果,但退火处理损伤了薄膜表面,散射损耗增加,薄膜反射率下降。

摘要：围绕着稠密等离子体硬X射线成像诊断,提出了一种基于阿贝正弦条件的Wolter型X射线显微镜的光学系统设计。详细介绍了Wolter显微镜的结构特点和设计方法,进行了参数优化,定量分析了包括物距、放大倍数、掠入射角和双曲面镜镜长在内的初始结构参数对物镜性能的影响。由光线追迹可以得出,在约±260μm的视场范围内分辨率优于1μm;在±460μm范围内优于3μm。有效视场可达约1mm,几何集光立体角约为6.1×10^(-5)sr。同时,该系统具备平响应系统特性,在mm级的视场范围内,系统响应效率的一致性优于93.7%。

摘要：针对增强型X射线时变与偏振探测卫星(eXTP)项目中嵌套式聚焦成像望远镜对柱面镜片上W/Si多层膜的要求,在掠入射角为0.5°,工作波段为1~30keV条件下,设计了非周期W/Si多层膜并优化了薄膜制备工艺。首先,利用分隔板和掩模板对溅射粒子进行准直,同时优化了本底真空度和溅射工作气压,提升了薄膜的成膜质量;然后,通过调整分隔板间距和公转速率提升了在柱面基底上薄膜的沉积均匀性;最后,利用幂指数算法设计了非周期多层膜,并在北京同步辐射光源上进行了多能点反射率测试,得到了与理论设计基本吻合的测试结果。基于优化的制备工艺制备了周期数为80,周期为3.8nm和W膜层厚度占比为0.47的W/Si周期多层膜,其界面粗糙度仅为0.29nm,柱面镜薄膜厚度误差可控制在3%以内,基本满足了eXTP项目中嵌套式掠入射望远镜镜片用多层膜对于成膜质量、沉积厚度均匀性和能谱响应宽度的需求。

摘要：作为一类具有代表性的光学共振模式,光学束缚态已被用于大幅增大古斯-汉欣位移。然而,在大多数的研究工作中,人们利用的是透射型的束缚态来增大古斯-汉欣位移。因此,古斯-汉欣位移的峰值位于透射谱的极大值(即反射谱的极小值)处,对应的反射率很低,这不利于实验测量与实际应用。本综述阐述了本课题组在近年来利用两种奇异的光学束缚态增大古斯-汉欣位移的研究情况。第一种光学束缚态为四部分光栅-波导复合结构中的连续谱准束缚态。古斯-汉欣位移的峰值位于反射谱的极大值处,反射率高达100%。第二种束缚态为光子晶体异质结中的界面态。界面态的反射率可由光子晶体的虚相位的失配程度进行灵活调节。古斯-汉欣位移的峰值虽位于反射谱的极小值处,但反射率仍可达到97.6%。这两种奇异的光学束缚态在大幅增大古斯-汉欣位移的同时,保持了较高的反射率,这克服了传统增大古斯-汉欣位移的方法的低反射缺点。由于这两种奇异的光学束缚态具有较高的反射率,古斯-汉欣位移将更容易在实验上被测量到,因此后续有望将其应用在各类高性能传感器、光开关、光存储器件、波分(解)复用器件和偏振分光器件的设计中。

摘要：作为揭示物质在强磁场、强引力场中的行为方式以及天体辐射偏振产生原因的重要手段,X射线偏振探测在近40年来一直是高能天体物理的研究热点。小型软X射线天文偏振探测望远镜采用抛物面聚焦方式将X射线会聚至探测器处,通过在反射镜表面镀制多层膜实现高反射率和能量分辨。文中对小型天文偏振望远镜抛物面的两种空间布局方式,即中心环绕旋转式镜面布局和交叉对称式镜面布局进行了理论分析,构建了综合集光面积和制作难度的优化模型,基于多元约束方式进行了参数优化。结果显示,在系统口径受限、探测器有一定尺寸的实际应用环境中,参数优化后的交叉对称式镜面布局方案较常规中心环绕式设计更有优势,既能获得较大的集光面积,又能兼顾镜面加工的可行性。

摘要：为解决传统双波段红外成像系统构型复杂的问题,提出了一种将自由曲面棱镜引入双波段成像系统的一体式构型。基于设计中约束追迹光线角度的低灵敏度优化方法,实现了F数为1、焦距为20 mm、视场角为21.8°×16.4°的双波段(3.7~4.8μm和8.0~12.0μm)红外光学系统。在20 lp/mm空间频率处,系统中波红外波段和长波红外波段内所有视场的调制传递函数(MTF)分别高于0.79和0.67。经公差分析可知,该自由曲面棱镜的制造可采用单点车削机床实现。同时,完成了长波红外自由曲面棱镜的试制。