【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】導(dǎo)讀：在Light: Science and Applications的一篇論文中詳細(xì)介紹了一種新的激光散斑角測(cè)量 (SAM) 技術(shù)演示了如何顯著減少斜率誤差測(cè)量。
 

　　這很重要，因?yàn)?X 射線反射鏡廣泛用于同步輻射設(shè)備、X 射線自由電子激光器和天文 X 射線望遠(yuǎn)鏡。然而，短波長(zhǎng)和掠入射對(duì)允許的斜率誤差施加了嚴(yán)格的限制。
 

　　盡管先進(jìn)的拋光技術(shù)產(chǎn)生了具有斜率誤差(低于 50 nrad 均方根 (rms))的反射鏡，但許多現(xiàn)有的計(jì)量技術(shù)難以測(cè)量它們。
 

　　此外，SAM 結(jié)構(gòu)緊湊、成本低，可與大多數(shù)現(xiàn)有的 X 射線反射鏡計(jì)量?jī)x器集成。
 

　　Diamond Light Source 光學(xué)與計(jì)量學(xué)組的 Hongchang Wang 博士、Simone Moriconi 和 Kawal Sawhney 教授撰寫的論文“具有激光散斑角測(cè)量的 X 射線鏡的納米精密計(jì)量”描述了一種新的計(jì)量?jī)x器以及他們的團(tuán)隊(duì)開發(fā)的新技術(shù)?；谏呓菧y(cè)量 (SAM)，它可以超越當(dāng)前計(jì)量技術(shù)的許多限制，并為表征強(qiáng)烈彎曲的高質(zhì)量 X 射線鏡提供前所未有的精度。
 

　　現(xiàn)代同步輻射設(shè)備和無 X 射線電子激光器為尖端科學(xué)和工業(yè)研究提供高亮度 X 射線。X 射線束的成功開發(fā)和有效利用取決于所用光學(xué)器件的質(zhì)量。X 射線反射鏡是關(guān)鍵的光學(xué)元件，因其高效率和固有消色差的卓越特性而被廣泛使用。
 

　　X 射線反射鏡的高度誤差(表面偏離理想輪廓)不可避免地會(huì)降低波前和聚焦性能。對(duì)于要求最高的 X 射線應(yīng)用，例如極端能量分辨率或納米聚焦，所需的高度誤差通常低于 1 nm rms。因此，X 射線反射鏡的制造和計(jì)量構(gòu)成了重大挑戰(zhàn)。
 

　　高級(jí)光學(xué)科學(xué)家兼該研究的主要作者 Hongchang Wang 博士解釋了這項(xiàng)新技術(shù)的優(yōu)勢(shì)：我們開發(fā)的基于散斑的計(jì)量?jī)x器 SAM 是一種緊湊、低成本的儀器，易于與大多數(shù)其他現(xiàn)有的 X 射線反射鏡計(jì)量?jī)x器。
 

　　重要的是，它允許以納米級(jí)精度對(duì)二維強(qiáng)曲面鏡進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。這是大多數(shù)現(xiàn)有計(jì)量?jī)x器所缺乏的功能，并彌補(bǔ)了 X 射線在其能力方面所面臨的差距-射線鏡計(jì)量學(xué)界。
 

　　“如果你不能測(cè)量它，你就無法改進(jìn)它”，這句話在超拋光 X 射線鏡的制造和表征中尤其正確。
 

　　在論文中，該團(tuán)隊(duì)證明，通過利用先進(jìn)的亞像素跟蹤算法，可以將斜率誤差測(cè)量的角度精度降低到 20nrad rms。該團(tuán)隊(duì)表示，這種新的納米計(jì)量方法可能為開發(fā)下一代超拋光 X 射線鏡開辟新的可能性，這也將推動(dòng)同步輻射、自由電子激光器、X 射線納米探針、相干保持、天文物理學(xué)的發(fā)展和望遠(yuǎn)鏡。
 

　　Diamond 首席光束線科學(xué)家兼光學(xué)與計(jì)量小組負(fù)責(zé)人 Kawal Sawhney 教授補(bǔ)充說：“這種新型儀器將增強(qiáng)我們最先進(jìn)的計(jì)量實(shí)驗(yàn)室的能力在 Diamond 并讓我們能夠?qū)τ糜趯?Diamond 升級(jí)為低發(fā)射 Diamond-II 源所需的極高品質(zhì) X 射線鏡進(jìn)行計(jì)量測(cè)試。X 射線鏡的供應(yīng)商也會(huì)發(fā)現(xiàn)這種新儀器很有吸引力，因?yàn)檫@將使他們能夠制造出比目前質(zhì)量更高的光學(xué)器件。”
 

　　高精度 X 射線反射鏡不斷改進(jìn)和開發(fā)，以跟上同步加速器到衍射限制存儲(chǔ)環(huán)的全球升級(jí)。為了克服當(dāng)前計(jì)量技術(shù)的局限性，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了這種新的 SAM 光學(xué)掃描頭和方法，認(rèn)識(shí)到更準(zhǔn)確地測(cè)量鏡面圖形對(duì)于下一代 X 射線鏡來說至關(guān)重要，使它們能夠利用改進(jìn)的光源并滿足新的需求。
 

　　SAM 設(shè)置看似簡(jiǎn)單(圖 1)。2D 隨機(jī)強(qiáng)度圖案(散斑)是通過使激光穿過漫射器產(chǎn)生的，它們可以被視為具有不同特征的多個(gè)筆形光束。因?yàn)槊總€(gè)散斑圖案具有獨(dú)特的特征，散斑可以被視為一組多個(gè)波前標(biāo)記。鏡面測(cè)量區(qū)域上鏡面斜率的變化會(huì)改變散斑圖案。然后，通過使用先進(jìn)的亞像素算法精確跟蹤散斑位移，可以在二維納米弧度水平上測(cè)量被測(cè)表面 (SUT) 的斜率變化。
 

　　SAM 可以輕松安裝在現(xiàn)有的異地計(jì)量臺(tái)架上。它可以生成二維表面輪廓，提供有關(guān) X 射線反射鏡表面輪廓的豐富信息。除了更大的掃描角度范圍和出色的重復(fù)性之外，還實(shí)現(xiàn)了高精度。
 

　　SAM 儀器還可以通過在整個(gè)鏡面執(zhí)行 SAM 的 2D 光柵掃描，潛在地用于測(cè)量環(huán)形、橢圓形和拋物面鏡。最后，SAM 儀器不僅限于同步加速器 X 射線反射鏡，還可以應(yīng)用于自由曲面光學(xué)和其他領(lǐng)域的高質(zhì)量反射鏡，例如極紫外光刻和激光點(diǎn)火。
 

　　目前可用的計(jì)量技術(shù)來指導(dǎo)提高 X 射線反射鏡制造質(zhì)量的最新努力變得越來越具有挑戰(zhàn)性?；?SAM 的新技術(shù)和儀器使用非常多的散斑，即使在單個(gè)圖像中也能提供更好的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和更少的隨機(jī)噪聲。這一顯著特征將有可能使提議的 SAM 計(jì)量技術(shù)廣泛用于超精密計(jì)量和下一代 X 射線鏡的進(jìn)步。
 

　　Diamond 物理科學(xué)總監(jiān) Laurent Chapon 評(píng)論道；“這項(xiàng)由鉆石光學(xué)與計(jì)量集團(tuán)成員集中開發(fā)的令人興奮的散斑角測(cè)量新技術(shù)將能夠擴(kuò)展當(dāng)前計(jì)量?jī)x器的能力。對(duì)于下一代 X 射線鏡，需要跟上新的 X-射線源以及對(duì)更大連貫性和更緊密聚焦的不斷增長(zhǎng)的需求，SAM 將是及時(shí)的援助來源。”