一种薄膜材料极紫外辐射损伤实验平台的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及薄膜材料极紫外辐射损伤研究领域，尤其是涉及一种薄膜材料极紫外辐射损伤实验平台。
【背景技术】
[0002]光学薄膜材料的极紫外波段辐射损伤研究对于自由电子激光的发展、极紫外光刻和新型探测器的研制等多方面具有十分重要的意义。然而，国际上开展的薄膜材料的极紫外波段辐射损伤研究非常少，主要原因是由于实验室内缺乏高强度极紫外辐射损伤实验平台。在2003年，M.Grisham等人首次利用毛细管放电产生的46.9nm波长光源开展Sc/Si多层膜反射镜的辐射损伤实验。随着极紫外、软X射线自由电子激光的出现，Hau-Riege等人利用德国FLASH光源在极紫外波段单脉冲以及多脉冲辐照下测量了 C、S1、B4C和SiC单层膜以及Mo/Si和MoN/SiN多层膜光学元件的辐照损伤阈值，分析了 EUV波段飞秒激光对薄膜材料的损伤机理。近几年，Barkusky等人利用激光等离子体光源产生的波长13.5nm的纳秒脉宽强辐射光源研究了 S1、Si02、Mo/Si周期多层膜和PMMA等聚合物材料的损伤阈值。由于在全世界范围内短波长自由电子激光实验站的数量以及提供给用户的机时极为有限，并且基于实验条件的极紫外辐射损伤实验装置缺乏等因素影响，这极大限制了极紫外波段薄膜材料损伤研究的进展。
[0003]激光等离子体是一种高亮度的极紫外波段光源，具有光谱范围宽、脉冲宽度短、辐射稳定性高的特点，在极紫外光刻、生物医学和辐射剂量等领域得到了广泛应用。利用激光等离子体光源并结合Schwarzschild聚焦系统可以获得高强度的极紫外辐射，从而为开展薄膜材料极紫外辐射损伤研究提供了可能。目前国内对薄膜材料极紫外波段损伤研究还是空白，然而我国正在开展软X射线自由电子激光光源的建设，亟需深入了解极紫外辐射与光学元件相互作用的损伤阈值及其损伤机理。由于我国在极紫外波段辐射损伤实验平台的建设的缺乏，还未能在该领域开展过研究工作。本发明利用激光等离子体产生极紫外波段宽光谱光源，并利用Schwarzschild聚集物镜实现对于极紫外光源的单色化以及微聚焦从而获得高能量密度的极紫外光脉冲；结合三维精密电位移样品台实现对样品的精确定位，在计算机和控制系统控制下实现光学薄膜样品极紫外辐射损伤的自动化实验测试，为系统开展光学薄膜材料的极紫外辐射损伤研究创造了条件。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种测量准确可靠的薄膜材料极紫外辐射损伤实验平台。
[0005]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0006]—种薄膜材料极紫外福射损伤实验平台，包括依次连接的控制单元、Nd:YAG激光器、光路单元、真空腔单元和极紫外CCD探测器，所述极紫外CCD探测器与控制单元连接，所述真空腔单元包括真空腔和依次设置在真空腔内的聚焦透镜、靶材、第一锆片、Schwarzschild物镜和用于放置待测光学薄膜样品的三维位移样品台，所述极紫外CCD探测器伸入真空腔内并对准靶材；
[0007]进行薄膜材料极紫外福射损伤实验时，控制单元控制Nd: YAG激光器发出脉冲激光，该脉冲激光经光路单元后进入真空腔内，经聚焦透镜后聚集在靶材并产生激光等离子体光源，该激光等离子体光源发射的光波经过第一锆片后再经Schwarzschild物镜聚焦到待测光学薄膜样品表面产生极紫外辐射损伤，极紫外CCD探测器采集靶材表面的图像传输给控制单元。
[0008]所述光路单元包括依次设置的红外激光衰减片、高反射镜和扩束镜。
[0009]所述真空腔上设有入射窗，经光路单元后的脉冲激光通过所述入射窗进入真空腔内。
[0010]所述控制单元包括计算机和数据控制卡，所述计算机通过数据控制卡分别连接Nd:YAG激光器和极紫外(XD探测器，驱动Nd: YAG激光器发出脉冲激光，并接收，极紫外(XD探测器采集的图像。
[0011]所述极紫外CCD探测器表面放置有第二锆片，极紫外CCD探测器与靶材间设有针孔，极紫外CCD探测器依次通过第二锆片、针孔采集靶材表面的图像。
[0012]所述针孔和极紫外(XD探测器间的距离与针孔和靶材间的距离之比为2:1。
[0013]优选地，所述第二锆片为600nm厚的极紫外(XD用锆片，所述针孔的直径为15um。
[0014]所述三维位移样品台上还设置有用于探测经过Schwarzschild物镜后的微聚焦光斑的能量的极紫外光电探测器，该极紫外光电探测器通过同轴电缆与示波器连接。
[0015]所述三维位移样品台包括相连接的三维精密电位移台和样品架，所述三维精密电位移台通过三维电位移台控制器与控制单元连接，三维电位移台控制器接受控制单元的控制，并驱动三维精密电位移台移动。
[0016]优选地，所述三维电位移台控制器通过USB接口与控制单元中的计算机连接。
[0017]所述真空腔内还设置有步进电机，所述靶材与步进电机连接，所述步进电机通过步进电机控制器与控制单元连接。
[0018]所述红外激光衰减片设置于一旋转台上，该旋转台与一旋转步进电机连接。
[0019]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0020]1)本发明利用极紫外CCD探测器和极紫外光电探测器对激光能量、产生的等离子体光斑形状和强度、辐照到样品表面极紫外光脉冲的能量等信息进行测量，能够准确标定照射在样品表面的极紫外光脉冲的能量密度，使极紫外辐照损伤的测量更加准确可靠。
[0021]2)本发明设置有控制单元，可实现程序自动化控制，通过LabVIEW软件来集成控制激光发射、靶材转动、样品位移，实现在样品不同位置处单脉冲或多脉冲辐照损伤研究。
[0022]3)本发明为在实验室内系统地开展薄膜材料极紫外辐射损伤研究提供基础，由计算机集成控制，具有良好的操作性和参数控制能力，便于安装调试。
[0023]4)极紫外CCD探测器采集靶材表面的极紫外等离子体光斑形状是采用针孔成像的原理，测量准确可靠。
[0024]5)极紫外CCD探测器前设置有600nm厚的锆片，可以有效滤除可见光的影响，从而利用CCD探测器获得极紫外波段等离子光源的光斑大小和强度信息。
[0025]6)在真空腔内放置一红外激光聚焦透镜，实现对于入射红外激光的微聚焦并照射在靶材表面。
【附图说明】
[0026]图1为本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0028]如图1所示，本实施例提供一种薄膜材料极紫外辐射损伤实验平台，包括依次连接的控制单元、Nd:YAG激光器1、光路单元、真空腔单元和极紫外(XD探测器11，极紫外(XD探测器11与控制单元连接，真空腔单元包括真空腔和依次设置在真空腔内的聚焦透镜6、靶材7、第一锆片12、Schwarzschild物镜13和用于放置待测光学薄膜样品的三维位移样品台14，极紫外CCD探测器11伸入真空腔内并对准靶材7，真空腔上设有入射窗5，真空腔用于保持实验条件在10 2Pa真空条件下进行，进行薄膜材料极紫外辐射损伤实验时，控制单元控制Nd: YAG激光器1发出脉冲激光，该脉冲激光经光路单元后通过入射窗5进入真空腔内，经聚焦透镜6后聚集在靶材7并产生激光等离子体光源，该激光等离子体光源发射的光波经过第一锆片12后再经Schwarzschild物镜13聚焦到待测光学薄膜样品表面产生极紫外辐射损伤，极紫外CCD探测器11采集靶材7表面的图像传输给控制单元。
[0029]Nd:YAG激光器1可根据实际操作的需要选择不同型号的脉冲激光器。本实施例中，Nd:YAG激光器1为1064nm纳秒脉冲激光器，由振荡级和两个放大级组成，动态调Q，输出波长1064nm，输出光斑直径6mm，脉冲宽度为20ns，最大出射能量800mJ左右。Nd:YAG激光器1使用外触发方式，当控制单元给出触发信号后，脉冲激光器才被驱动工作。
[0030]光路单元包括依次设置的红外激光衰减片2、高反射镜3和扩束镜4，红外激光衰减片2用于对入射的红外激光能量进行衰减。进一步地，可将红外激光衰减片2设置于一旋转台上，该旋转台与一旋转步进电机连接，旋转步进电机带动旋转台旋转，进而带动红外激光衰减片2旋转，不同旋转位置对应不同的衰减强度。高反射镜3用于改变光束的传播光路，将衰减片衰减后的激光束反射到扩束镜4的入射端。扩束镜4将高反射镜3反射的直径6_的光束扩束到18_再入射到入射窗5，扩束镜4透过率为98.5%，扩束比为1:3。
[0031]入射窗5用于将扩束后的光束透射到聚焦透镜6。入射窗5结构由外到内依次是压盖一0型密封圈一石英玻璃片一0型密封圈一转接法兰。
[0032]聚焦透镜6用于对输入的光束进行聚焦。本实施例中，聚焦透镜为凸透镜，其焦距75mm0
[0033]靶材7用于