极紫外正入射光学系统研究进展

张哲; 伊圣振; 黄秋实; 陈晟昊; 李文斌; 张众; 王占山

doi:10.37188/OPE.20223021.2678

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极紫外正入射光学系统研究进展

更新时间：2022-11-22

- 极紫外正入射光学系统研究进展
- Research progress of normal-incidence optical system at extreme ultraviolet （EUV） wavelength
- 光学精密工程 2022年30卷第21期页码：2678-2687
- 作者机构：
  
  同济大学物理科学与工程学院精密光学工程技术研究所，先进微结构材料教育部重点实验室，上海市数字光学前沿科学研究基地，上海市全光谱高性能光学薄膜器件与应用专业技术服务平台，上海 200092
- 作者简介：
  
  [ "张哲（1992-），男，陕西佳县人，博士，2015年于西北工业大学获得学士学位，2021年于同济大学获得博士学位，主要从事极紫外光学薄膜及系统方面的研究。E-mail： zzgight@tongji.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划项目(2019YFE03080200);国家自然科学基金项目(11805212)
- DOI：10.37188/OPE.20223021.2678
  中图分类号： TH744.1
- 收稿日期：2022-07-17，
  
  修回日期：2022-09-06，
  
  纸质出版日期：2022-11-10
- 稿件说明：
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张哲,伊圣振,黄秋实等.极紫外正入射光学系统研究进展[J].光学精密工程,2022,30(21):2678-2687.

ZHANG Zhe,YI Shengzhen,HUANG Qiushi,et al.Research progress of normal-incidence optical system at extreme ultraviolet （EUV） wavelength[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(21):2678-2687.
张哲,伊圣振,黄秋实等.极紫外正入射光学系统研究进展[J].光学精密工程,2022,30(21):2678-2687. DOI： 10.37188/OPE.20223021.2678.

ZHANG Zhe,YI Shengzhen,HUANG Qiushi,et al.Research progress of normal-incidence optical system at extreme ultraviolet （EUV） wavelength[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(21):2678-2687. DOI： 10.37188/OPE.20223021.2678.

摘要

极紫外正入射光学系统广泛应用于生物结构显微成像、等离子体诊断、太阳物理观测和极紫外光刻等领域中，对其开展深入研究具有重要意义。本文对同济大学精密光学工程研究所在极紫外正入射光学系统方面的最新进展进行介绍，列举了应用于超热电子诊断、微纳成像、极紫外辐照损伤及Z箍缩等离子体诊断等不同场景中的多套正入射光学系统。这些系统分别在相应的应用中实现了优异的性能表现：毫米级视场内微米级的空间分辨；几十微米级视场内亚微米的超高空间分辨；大数值孔径下的超高能量密度极紫外辐照及多能点多通道的时空间诊断。研究所在极紫外正入射光学系统研究中取得的进展为我国等离子体诊断设备的自主可控及高端制造装备的技术储备提供了有力支持。

Abstract

Extreme ultraviolet （EUV） normal-incidence optical systems are widely used in biological structure microscopic imaging， plasma diagnosis， solar physical observation， and EUV lithography. Therefore， these systems warrant further study. In this paper， the latest developments of the EUV normal-incidence optical system at the Institute of Precision Optical Engineering （IPOE） of Tongji University are presented. Several normal-incidence optical systems used in different applications， such as hot electrons diagnostics， micro-nano imaging， EUV radiation induced damage， and Z-pinch plasma diagnostics are listed. These systems have achieved excellent performance in their respective applications， achieving spatial resolutions of several microns at a millimeter scale field-of-view （FOV） and realizing ultrahigh spatial resolutions on the order of sub-microns for FOVs at tens of microns scale. The systems have also realized ultrahigh-energy-density EUV radiation through a focusing system with large a numerical aperture and helped perform spatiotemporal diagnostics with multi-energy and multi-channels. The research progress of the EUV normal-incidence optical system has provided strong support for the independent and controllable research of plasma diagnostic equipment and technological reserve of advanced manufacturing equipment in China.

关键词

Keywords

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ATTWOOD D T . Soft X-rays and Extreme Ultraviolet Radiation ： Principles and Applications ［M］. New York ： Cambridge University Press ， 1999 . doi: 10.1017/cbo9781139164429 http://dx.doi.org/10.1017/cbo9781139164429

THOMPSON A ， ATTWOOD D ， GULLIKSON E ， et al . X-Rray Data Booklet ［M］. California ： Lawrence Berkeley Natl Lab ， 2009 .

LEMEN J R ， TITLE A M ， AKIN D J ， et al . The Atmospheric imaging assembly （AIA） on the Solar dynamics observatory （SDO）［J］. Solar Physics ， 2012 ， 275 （ 1 ）： 17 - 40 . doi: 10.1007/s11207-011-9804-8 http://dx.doi.org/10.1007/s11207-011-9804-8

BORN M ， WOLF E . Principles of Optics 7 th Edition ［M］. Cambridge ： Cambridge University Press ， 1999 .

RICHARDSON M C ， SHINOHARA K ， TANAKA K A ， et al . Pulsed X-ray microscopy of biological specimens with laser plasma sources ［C］. San Diego ' 92 . Proc SPIE 1741， Soft X-Ray Microscopy ， San Diego ， CA ， USA . 1993， 1741 ： 133 - 141 .

WANG X ， HUANG Y ， MU B Z ， et al . 18.2 nm Schwarzschild microscope for diagnostics of hot electron transport ［J］. Optik ， 2012 ， 123 （ 11 ）： 947 - 949 . doi: 10.1016/j.ijleo.2011.07.009 http://dx.doi.org/10.1016/j.ijleo.2011.07.009

BJORKHOLM J . EUV lithography： -the successor to optical lithography？［J］. Intel Technology Journal ， 2001 （ 3 ）.

SPILLER E . Low-loss reflection coatings using absorbing materials ［J］. Applied Physics Letters ， 1972 ， 20 （ 9 ）： 365 - 367 . doi: 10.1063/1.1654189 http://dx.doi.org/10.1063/1.1654189

HUANG Q S ， MEDVEDEV V ， VAN DE KRUIJS R ， et al . Spectral tailoring of nanoscale EUV and soft X-ray multilayer optics ［J］. Applied Physics Reviews ， 2017 ， 4 （ 1 ）： 011104 . doi: 10.1063/1.4978290 http://dx.doi.org/10.1063/1.4978290

PIRATI A ， PEETERS R ， SMITH D ， et al . EUV lithography performance for manufacturing： status and outlook ［C］. Extreme Ultraviolet （EUV） Lithography VII ， SPIE Proceedings . San Jose ， California ， USA. SPIE ， 2016 ， 9776 ： 97760A . doi: 10.1117/12.2220423 http://dx.doi.org/10.1117/12.2220423

WANG Z S ， ZHU J T ， ZHANG Z ， et al . Development of Multilayer Optics in EUV ， Soft X-ray and X-ray Range at IPOE ［M］. Springer Proceedings in Physics. Dordrecht ： Springer Netherlands ， 2009 ： 391 - 399 . doi: 10.1007/978-1-4020-9924-3_45 http://dx.doi.org/10.1007/978-1-4020-9924-3_45

王占山，黄秋实，张众，等 . 极紫外、X射线和中子薄膜光学元件与系统［J］. 光学学报， 2021 ， 41 （ 1 ）： 451 - 469 . doi: 10.3788/aos202141.0131001 http://dx.doi.org/10.3788/aos202141.0131001

WANG ZH SH ， HUANG Q SH ， ZHANG ZH ， et al . Extreme ultraviolet， X-ray and neutron thin film optical components and systems ［J］. Acta Optica Sinica ， 2021 ， 41 （ 1 ）： 451 - 469 . （in Chinese） . doi: 10.3788/aos202141.0131001 http://dx.doi.org/10.3788/aos202141.0131001

HEAD A K . The two-mirror aplanat ［J］. Proceedings of the Physical Society Section B ， 1957 ， 70 （ 10 ）： 945 - 949 . doi: 10.1088/0370-1301/70/10/304 http://dx.doi.org/10.1088/0370-1301/70/10/304

王新，穆宝忠，黄怡，等 . 等离子体诊断用18.2nm Schwarzschild显微镜［J］. 强激光与粒子束， 2011 ， 23 （ 3 ）： 647 - 651 . doi: 10.3788/hplpb20112303.0647 http://dx.doi.org/10.3788/hplpb20112303.0647

WANG X ， MU B ZH ， HUANG Y ， et al . 18.2nm Schwarzschild microscope for plasma diagnosis ［J］. High Power Laser and Particle Beams ， 2011 ， 23 （ 3 ）： 647 - 651 . （in Chinese） . doi: 10.3788/hplpb20112303.0647 http://dx.doi.org/10.3788/hplpb20112303.0647

WANG X ， MU B Z ， JIANG L ， et al . Fabrication of nanoscale patterns in lithium fluoride crystal using a 13.5 nm Schwarzschild objective and a laser produced plasma source ［J］. Review of Scientific Instruments ， 2011 ， 82 （ 12 ）： 123702 . doi: 10.1063/1.3665970 http://dx.doi.org/10.1063/1.3665970

王新，穆宝忠，黄怡，等 . 13.5nm Schwarzschild显微镜系统及成像实验［J］. 光学精密工程， 2011 ， 19 （ 8 ）： 1709 - 1715 . doi: 10.3788/ope.20111908.1709 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20111908.1709

WANG X ， MU B ZH ， HUANG Y ， et al . 13.5 nm Schwarzschild microscope and imaging experiment ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2011 ， 19 （ 8 ）： 1709 - 1715 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20111908.1709 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20111908.1709

WANG X ， MU B Z ， ZHU J T ， et al . A novel extreme ultraviolet four channels normal incidence imaging system for plasma diagnostics of Z-pinch facility ［J］. Review of Scientific Instruments ， 2013 ， 84 （ 7 ）： 073705 . doi: 10.1063/1.4812444 http://dx.doi.org/10.1063/1.4812444

CHEN S H ， WANG X ， HUANG Q S ， et al . 13.5 nm Schwarzschild microscope with high magnification and high resolution ［J］. Chinese Optics Letters ， 2017 ， 15 （ 4 ）： 043401 . doi: 10.3788/col201715.043401 http://dx.doi.org/10.3788/col201715.043401

ZHANG Z ， LI W B ， HUANG Q S ， et al . A table-top EUV focusing optical system with high energy density using a modified Schwarzschild objective and a laser-plasma light source ［J］. Review of Scientific Instruments ， 2018 ， 89 （ 10 ）： 103109 . doi: 10.1063/1.5044752 http://dx.doi.org/10.1063/1.5044752

徐妙华，梁天骄，张杰 . 利用韧致辐射诊断激光等离子体相互作用产生的超热电子［J］. 物理学报， 2006 ， 55 （ 5 ）： 2357 - 2363 . doi: 10.7498/aps.55.2357 http://dx.doi.org/10.7498/aps.55.2357

XU M H ， LIANG T J ， ZHANG J . Bremsstrahlung diagnostics of hot electrons in laser-plasma interactions ［J］. Acta Physica Sinica ， 2006 ， 55 （ 5 ）： 2357 - 2363 . （in Chinese） . doi: 10.7498/aps.55.2357 http://dx.doi.org/10.7498/aps.55.2357

熊俊 . 导向锥快点火基础物理研究：金锥对靶背向产生超热电子的影响［D］. 北京：中国工程物理研究院， 2006 .

XIONG J . Basic Physical Research on Fast Ignition of Guide Cone-the Influence of Gold Cone on the Generation of Superheating Electrons at the Back of Target ［D］. Beijing ： China Academy of Engineering Physics ， 2006 . （in Chinese）

黄小军，彭翰生，魏晓峰，等 . 100 TW级超短超强钛宝石激光装置［J］. 强激光与粒子束， 2005 ， 17 （ 11 ）： 1685 - 1688 .

HUANG X J ， PENG H SH ， WEI X F ， et al . Ultra-short ultra-intense Ti： sapphire laser facility with peak power of hundred-terawatt-level ［J］. High Power Laser ＆ Particle Beams ， 2005 ， 17 （ 11 ）： 1685 - 1688 . （in Chinese）

HORIKAWA Y ， MOCHIMARU S ， IKETAKI Y ， et al . Design and fabrication of the Schwarzschild objective for soft X-ray microscopes ［C］. Proc SPIE 1720， Intl Symp on Optical Fabrication， Testing， and Surface Evaluation ， 1992 ， 1720 ： 217 - 225 . doi: 10.1117/12.132128 http://dx.doi.org/10.1117/12.132128

ACKERMANN W ， ASOVA G ， AYVAZYAN V ， et al . Operation of a free-electron laser from the extreme ultraviolet to the water window operation of a free-electron laser from the extreme ultraviolet to the water window ［J］. Nature photonics ， 2007 ， 1 （ 6 ）： 336 - 342 .

ALLARIA E ， APPIO R ， BADANO L ， et al . Highly coherent and stable pulses from the FERMI seeded free-electron laser in the extreme ultraviolet ［J］. Nature Photonics ， 2012 ， 6 （ 10 ）： 699 - 704 . doi: 10.1038/nphoton.2012.233 http://dx.doi.org/10.1038/nphoton.2012.233

STÖRMER M ， SIEWERT F ， HORSTMANN C ， et al . Coatings for FEL optics： preparation and characterization of B 4 C and Pt ［J］. Journal of Synchrotron Radiation ， 2018 ， 25 （ 1 ）： 116 - 122 . doi: 10.1107/s1600577517016095 http://dx.doi.org/10.1107/s1600577517016095

朱京涛，岳帅鹏，涂昱淳，等 . 氮气反应溅射制备软X射线Co/Ti多层膜［J］. 光学精密工程， 2015 ， 23 （ 1 ）： 10 - 14 . doi: 10.3788/ope.20152301.0010 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20152301.0010

ZHU J T ， YUE SH P ， TU Y CH ， et al . Preparation of Co/Ti multilayer in soft X-ray region by nitrogen reactive sputtering ［J］. Optics and Precision Engineering ， 2015 ， 23 （ 1 ）： 10 - 14 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20152301.0010 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20152301.0010

朱京涛，宋竹青，丁涛，等 . 极紫外Mg/SiC、Mg/Co多层膜的稳定性［J］. 光学精密工程， 2013 ， 21 （ 6 ）： 1380 - 1386 . doi: 10.3788/ope.20132106.1380 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20132106.1380

ZHU J T ， SONG ZH Q ， DING T ， et al . Stability of Mg/SiC， Mg/Co EUV multilayers ［J］. Optics and Precision Engineering ， 2013 ， 21 （ 6 ）： 1380 - 1386 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20132106.1380 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20132106.1380

KOYAMA T ， YUMOTO H ， MIURA T ， et al . Damage threshold of coating materials on X-ray mirror for X-ray free electron laser ［J］. Review of Scientific Instruments ， 2016 ， 87 （ 5 ）： 051801 . doi: 10.1063/1.4950723 http://dx.doi.org/10.1063/1.4950723

MILOV I ， MAKHOTKIN I A ， SOBIERAJSKI R ， et al . Mechanism of single-shot damage of Ru thin films irradiated by femtosecond extreme UV free-electron laser ［J］. Optics Express ， 2018 ， 26 （ 15 ）： 19665 - 19685 . doi: 10.1364/oe.26.019665 http://dx.doi.org/10.1364/oe.26.019665

ZHANG Z ， QI R Z ， YAO Y Y ， et al . Improving thickness uniformity of Mo/Si multilayers on curved spherical substrates by a masking technique ［J］. Coatings ， 2019 ， 9 （ 12 ）： 851 . doi: 10.3390/coatings9120851 http://dx.doi.org/10.3390/coatings9120851

VEST R E ， GRANTHAM S . Response of a silicon photodiode to pulsed radiation ［J］. Applied Optics ， 2003 ， 42 （ 25 ）： 5054 - 5063 . doi: 10.1364/ao.42.005054 http://dx.doi.org/10.1364/ao.42.005054

CHALUPSKÝ J ， KRZYWINSKI J ， JUHA L ， et al . Spot size characterization of focused non-Gaussian X-ray laser beams ［J］. Optics Express ， 2010 ， 18 （ 26 ）： 27836 - 27845 . doi: 10.1364/oe.18.027836 http://dx.doi.org/10.1364/oe.18.027836

LI W B ， PAN L Y ， WANG C L ， et al . Multi-shot damage on Mo/Si multilayer induced by nanosecond EUV radiation ［J］. AIP Advances ， 2021 ， 11 （ 1 ）： 015201 . doi: 10.1063/5.0035490 http://dx.doi.org/10.1063/5.0035490

ROCHAU G A ， BAILEY J E ， MARON Y ， et al . Radiating shock measurements in the Z-pinch dynamic hohlraum ［J］. Physical Review Letters ， 2008 ， 100 （ 12 ）： 125004 . doi: 10.1103/physrevlett.100.125004 http://dx.doi.org/10.1103/physrevlett.100.125004

伊圣振，司昊轩，黄秋实，等 . 激光惯性约束聚变X射线诊断用多通道Kirkpatrick-Baez成像系统研究进展［J］. 光学学报， 2022 ， 42 （ 11 ）： 110 - 121 .

YI SH ZH ， SI H X ， HUANG Q SH ， et al . Research progress of multi-channel Kirkpatrick-baez microscope for X-ray diagnostics in laser inertial confinement fusion ［J］. Acta Optica Sinica ， 2022 ， 42 （ 11 ）： 110 - 121 . （in Chinese）

门宗政 . 鞘层对EAST托卡马克中等离子体与壁相互作用的影响［D］. 合肥：中国科学技术大学， 2021 . doi: 10.7498/aps.70.20202003 http://dx.doi.org/10.7498/aps.70.20202003

MEN Z ZH . Effects of Sheath on Plasma-Wall Interactions in EAST Tokamak ［D］. Hefei ： University of Science and Technology of China ， 2021 . （in Chinese） . doi: 10.7498/aps.70.20202003 http://dx.doi.org/10.7498/aps.70.20202003

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