9月11-13日，第25届中国国际光电博览会在深圳举行，在同期举办的“CIOE光学真空镀膜大会”上，同济大学精密光学工程技术研究所创始人王占山教授向我们介绍了极紫外多层膜技术。
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当前，面对光学技术的瓶颈与挑战，我国在从可见光、红外到紫外、极紫外光学领域的不断发展。极紫外薄膜受到行业内的高度关注。本次报告王教授围绕极紫外光学的特点以及极紫外多层膜技术与我们分享了相关内容。波长优势：极紫外波长较之可见光波长小一个量级以上，这使得它非常适合构建高分辨率光学系统。
丰富的原子内壳层共振线：为国家大科学装置同步辐射提供了重要的理论基础。
折射率的特殊性：通常情况下，极紫外的折射率小于1，且接近于1，消光系数不等于零。这意味着传统的可见光光学系统和透镜已不适用。同时，单层膜正入射的反射率也较小，因此单层膜的应用受到限制。
掠入射光学系统的局限：基于折射率小于1，当极紫外光以接近反射镜表面入射到镜面上时会发生全反射，由此可以通过掠入射光学系统进行成像。但由于掠入射光学系统数值孔径小，易产生像差，因此，掠入射光学系统应用受限。
正入射系统拓展到极紫外波段：纳米多层膜光学技术的发展将正入射系统拓展至极紫外波段，产生二次反射的望远镜系统与六次反射的投影光刻系统。
真空系统的必要性：极紫外光会被空气中的氧、氮等气体强烈吸收，极大地降低了极紫外光的传输距离，因此极紫外光只能在真空中传输。
薄膜的极限状态：极紫外薄膜的制作接近极限状态，一般膜层厚度约为1/4波长，膜层厚度受到物理限制最薄只能做到约1nm，为了实现高反射，多层膜需要上百层，膜厚自身的控制精度一般需达到膜厚的1/10，以确保薄膜性能。
尽管面临这些技术上的挑战，极紫外光学仍然在多个领域中发挥着重要作用。无论是在同步辐射大科学装置、强场物理、高次谐波以及阿秒光脉冲等领域，都离不开极紫外光学的支持。此外它在等离子体物理、极紫外光刻以及空间极紫外天文学等领域也有着广泛的应用前景。在极紫外多层膜方面，王教授详细介绍了其设计准则与制作要求。首要的是组成多层膜的两种材料吸收需尽可能小，两种材料的折射率差需尽可能大。关于制作要求，王教授强调了极紫外多层膜要求膜层界面要非常光滑，也就是两种材料间的界面粗糙度和相互扩散要尽可能小。为此，多层膜基底的研制工作显得尤为重要。王教授介绍了高精度的基底面形拼接测试方法与技术。这套技术通过干涉仪测量面形、轮廓仪测中频粗糙度以及原子仪测高频粗糙度等多种手段，确保基底的精度达到极紫外光学的要求。值得注意的是，传统的干涉仪因精度问题，需进行相应的技术升级以适应极紫外光学的需求。在多层膜的制作方面，纳米膜层界面结构的小尺度、缺陷多且影响大的特点要求镀膜设备必须具备高能量特性。磁控溅射和离子束溅射等方法得到采用，它们能够提高膜层间的迁移率，使得膜层更加光滑。同时，为充分理解膜层界面结构之间的缺陷，包括结晶与扩散的等缺陷影响，需要运用多种高精度纳米原子尺度的检测设备。王教授提到，在薄膜成长过程中需特别关注薄膜成核过程，尽量避开粗糙度变化大的区域，以确保薄膜的平滑与均匀。针对多层膜的制作方法，王教授介绍了几种主要的高精度多层膜制作方法：- 界面阻隔层法：通过在两种材料之间添加另一层非常薄的第三种材料实现膜层间界面平滑。
- 新材料法：通过向原有材料中掺入新成分来改进原有材料膜层间的平滑度。
- 反应溅射法：在材料制作时，通过在原有溅射工作气体中混入氧或氮等气体，通过反应溅射来实现膜层界面平滑。
- 重离子溅射法：使用氪或氙气进行溅射，以实现膜层结构和界面的优化。
王教授表示，得益于国家同步辐射、惯性约束聚变和天文等领域需求的推动，我们极紫外与X射线多层膜研制上取得了重要进展，已为同步辐射、可控聚变、等离子体诊断、空间天文望远镜、高端分析仪器研制等提供了相关的器件与系统。未来，期望在提高多层膜性能的道路上不断前行，力求将性能提升至最佳水平，以满足更高的需求和期望。![]()
