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          波前檢測技術和晶體加工技術取得重要進展
          2022-08-22|文章來源:多學科中心 |【
           

            日前,中科院高能所多學科中心光學團隊基于北京同步輻射裝置BSRF和晶體實驗室實現了衍射極限水平的波前檢測和晶體加工技術。高能同步輻射光源HEPS光束線建設的又一項關鍵技術取得了突破性進展。

            大塊硅單晶體是硬X射線單色器及譜儀的核心光學元件,而晶體的表面形貌起伏、加工破壞層和晶格應力等諸多因素都會對X射線波前產生嚴重影響,從而破壞相干性和衍射極限聚焦。對于前幾代同步光源,由于光束相干尺寸小,即使是高相干要求的納米探針或者相干散射束線,也只要求晶體能夠挑選出較小的局部范圍保持波前即可。而作為衍射極限水平的第四代同步輻射光源,HEPS的相干尺寸較三代光源高出約2個量級,要求全光束范圍里獲得完美波前,這對晶體的加工能力提出了嚴峻的挑戰,是國際上第四代光源共同面臨的技術挑戰之一。

            該團隊在X射線晶體實驗室已開發的晶體加工工序基礎上,通過引入一種新的柔性化學機械拋光方法,實現了全光束口徑近厘米范圍內超高精度波前保持的晶體加工。同時,該團隊還創新性地提出了雙刃波前檢測的方法,解決了相干性不足、穩定性不足以及入射波前畸變幾項關鍵問題,在第一代同步輻射光源上實現了衍射極限水平的波前檢測,為波前保持的晶體加工工藝探索提供了高精度檢測手段。

            2022年7月BSRF專用光期間,該團隊在1B3B測試束線上,驗證了自研雙刃波前檢測裝置的性能,并利用該裝置以日本進口國際前沿水平的“晶格無擾亂”晶體作為參照樣品,開展了自研晶體和參照晶體的波前檢測對比實驗。結果顯示,在晶體上50μm橫向空間分辨率下,該裝置的單次掃描斜率檢測精度達到25~50 nrad RMS,波前高度檢測精度高達1.5pm RMS;自研晶體波前精度達到60~100 nrad RMS,與參照樣品(70~100 nrad RMS)基本處于同一水平,滿足HEPS光束線指標要求。

            多學科中心光學團隊成員有李明、劉方、李凡、刁千順、洪振、楊俊亮、李哲、張常睿,他們承擔PAPS光學系統、HEPS測試束線和光學設計系統等多個項目任務。接下來,團隊還將進一步優化實驗條件,提升波前檢測能力,完善晶體加工工藝。

            

            圖1 晶體雙刃波前檢測實驗

            

            圖2雙刃法單次掃描波前檢測誤差25.8nrad 1.5 pm RMS

            

            圖3 自研柔性化學機械拋光晶體,波前精度61.7nrad 6.0pm RMS

            

            圖4 日本進口“晶格無擾亂”晶體,波前精度73.2nrad 7.8pm RMS

            

            圖5 團隊現場合影


           
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