Дифракционная решетка для ультрафиолетового и рентгеновского излучения

 

Использование: в рентгеновской технике, в рентгеновских спектрометрах. Сущность изобретения: в дифракционной решетке для ультрафиолетового и рентгеновского излучения, содержащей подложку с нанесенной на нее структурой в виде чередующихся слоев по меньшей мере двух веществ с различной диэлектрической проницаемостью и срезанной под углом к поверхности слоев, подложка выполнена с шероховатостью, меньшей, чем h/2π, где h - период структуры. При этом поверхность среза решетки может быть выполнена рельефной или вогнутой, а подложка - вогнутой. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области рентгеновской техники и может быть использовано, например, в рентгеновских спектрометрах для разложения в спектр излучения в далеком вакуумном ультрафиолетовом (ВУФ) и мягком рентгеновском (МР) диапазонах (1-100 нм).

Известна дифракционная решетка для вакуумной ультрафиолетовой области спектра, содержащая подложку из стекла, последовательно покрытую слоями алюминия и фтористого магния со штрихами в слое последнего [1].

Недостатком известной дифракционной решетки является невозможность выполнения штрихов с периодом, сравнимым с длиной волны в далеком вакуумном ультрафиолетовом и мягком рентгеновском диапазонах (например, менее 0,2 мкм), что приводит к невысокой угловой дисперсии и как следствие к ограничению разрешающей способности, высоким требованиям к юстировке и большим габаритам спектрометров.

Наиболее близкой из известных к заявляемому устройству является дифракционная решетка для ультрафиолетового и рентгеновского излучения, содержащая подложку с нанесенной на нее структурой в виде чередующихся слоев по меньшей мере двух веществ с различной диэлектрической проницаемостью и срезанной под углом к поверхности слоев [2].

Дифракционные решетки на основе срезов многослойных периодических структур, напыленных на подложку, свободны от указанных недостатков. Такие решетки обладают, кроме того, свойствами, сходными со свойствами многослойных рентгеновских зеркал, а именно существенно более высокой эффективностью в определенном интервале длин волн по сравнению с применяемыми ранее решетками. Однако высокая эффективность этих дифракционных решеток проявляется только при соблюдении определенных условий к степени шероховатости отражающих поверхностей. Предельная эффективность теоретически достигается при абсолютно гладких поверхностях.

При создании изобретения решалась задача повышения эффективности дифракционных решеток на основе срезов многослойных периодических структур.

Техническим результатом изобретения является создание дифракционных решеток, обеспечивающих эффективность не менее 37% от предельного значения.

В соответствии с изобретением технический результат достигается тем, что в известной дифракционной решетке для ультрафиолетового и рентгеновского излучения, содержащей подложку с нанесенной на нее структурой в виде чередующихся слоев по меньшей мере двух веществ с различными диэлектрическими проницаемостями и срезанной под углом к поверхности слоев, подложка выполнена с шероховатостью, меньшей, чем , где h - период структуры.

Неочевидность такого решения состоит в том, что допускаются значительные шероховатости поверхности среза решетки, которые, как показали эксперименты, не приводят к существенному уменьшению эффективности решетки. Это объясняется тем, что дифрагировавшая волна возникает в глубине структуры при отражении от границ раздела ее слоев падающей волны и последующем интерференционном сложении этих малых отражений, причем поверхность среза при этом работает на пропускание, а не на отражение. Таким образом, основным является требование к шероховатости границ между слоями структуры, которая в значительной степени обусловлена шероховатостью подложки, на которую производится напыление.

Эффективность может быть дополнительно повышена, если поверхность среза выполнена рельефной. Рельеф поверхности среза может быть получен, например, частичным вытравливанием одного из нанесенных материалов.

Для одновременной фокусировки излучения в направлении, перпендикулярном плоскости дисперсии, подложка и/или поверхность среза структуры может быть выполнена вогнутой.

Подложка может быть выполнена, например, из кремния. Слои, нанесенные на подложку, могут, например, состоять из молибдена и кремния, никеля и углерода, молибдена и бора, вольфрама и скандия и др. материалов с подходящими значениями диэлектрической проницаемости. Период структуры может составлять 1 - 50 нм.

Радиусы кривизны подложки и поверхности среза определяются требуемым фокусным расстоянием решетки.

Указанный пример выполнения устройства не является единственным и предполагает наличие других реализаций, особенности которых отражены в совокупности признаков формулы изобретения.

На чертеже схематически представлено предлагаемое устройство.

Дифракционная решетка содержит подложку 1, на которую нанесены поочередно слои 2 и 3, например молибдена и кремния соответственно, h - период структуры. Еще одна подложка 4 может быть приклеена, припаяна или присоединена другим способом к многослойной структуре, чтобы более точно выдержать при изготовлении угол среза α.

Дифракционная решетка работает следующим образом.

Для дифракционной решетки на основе среза многослойной структуры направления порядков дифракции определяются обычной формулой дифракционной решетки с периодом, равным . Высокая эффективность реализуется для тех длин волн, при которых дифрагировавший луч по направлению близок к зеркальному отражению, падающего от слоев структуры. Кроме диспергирующих свойств решетка обладает фокусирующими свойствами. В плоскости дисперсии фокусировка достигается за счет малого и равномерного изменения периода структуры в процессе напыления, а в плоскости, перпендикулярной плоскости дисперсии, - за счет вогнутости подложки и/или поверхности среза.

Источники информации 1. Авторское свидетельство СССР N 1631493, G 02 B 5/18, 1989.

2. "Applied optics", vol. 32, N 7, p. 1133 "Resonance diffraction efficiency enhancement in sliced multilayers".

Формула изобретения

1. Дифракционная решетка для ультрафиолетового и рентгеновского излучений, содержащая подложку с нанесенной на нее структурой в виде чередующихся слоев по меньшей мере двух веществ с различной диэлектрической проницаемостью и срезанной под углом к поверхности слоев, отличающаяся тем, что подложка выполнена с шероховатостью, меньшей h/2π, где h период структуры.

2. Решетка по п. 1, отличающаяся тем, что поверхность среза выполнена рельефной.

3. Решетка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что подложка выполнена вогнутой.

4. Решетка по любому из пп.1 3, отличающаяся тем, что поверхность среза структуры выполнена вогнутой.

РИСУНКИ

Рисунок 1