【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】導(dǎo)讀：在Light: Science and Applications的一篇論文中詳細介紹了一種新的激光散斑角測量 (SAM) 技術(shù)演示了如何顯著減少斜率誤差測量。
這很重要，因為 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 射線望遠鏡。然而，短波長和掠入射對允許的斜率誤差施加了嚴格的限制。
盡管先進的拋光技術(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)有的計量技術(shù)難以測量它們。
此外，SAM 結(jié)構(gòu)緊湊、成本低，可與大多數(shù)現(xiàn)有的 X 射線反射鏡計量儀器集成。
Diamond Light Source 光學(xué)與計量學(xué)組的 Hongchang Wang 博士、Simone Moriconi 和 Kawal Sawhney 教授撰寫的論文“具有激光散斑角測量的 X 射線鏡的納米精密計量”描述了一種新的計量儀器以及他們的團隊開發(fā)的新技術(shù)。基于散斑角測量 (SAM)，它可以超越當前計量技術(shù)的許多限制，并為表征強烈彎曲的高質(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)不可避免地會降低波前和聚焦性能。對于要求最高的 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量構(gòu)成了重大挑戰(zhàn)。
高級光學(xué)科學(xué)家兼該研究的主要作者 Hongchang Wang 博士解釋了這項新技術(shù)的優(yōu)勢：我們開發(fā)的基于散斑的計量儀器 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 射線反射鏡計量儀器。
重要的是，它允許以納米級精度對二維強曲面鏡進行準確測量。這是大多數(shù)現(xiàn)有計量儀器所缺乏的功能，并彌補了 X 射線在其能力方面所面臨的差距-射線鏡計量學(xué)界。
“如果你不能測量它，你就無法改進它”，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，該團隊證明，通過利用先進的亞像素跟蹤算法，可以將斜率誤差測量的角度精度降低到 20nrad rms。該團隊表示，這種新的納米計量方法可能為開發(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)展和望遠鏡。
Diamond 首席光束線科學(xué)家兼光學(xué)與計量小組負責人 Kawal Sawhney 教授補充說：“這種新型儀器將增強我們最先進的計量實驗室的能力在 Diamond 并讓我們能夠?qū)τ糜趯?Diamond 升級為低發(fā)射 Diamond-II 源所需的極高品質(zhì) X 射線鏡進行計量測試。X 射線鏡的供應(yīng)商也會發(fā)現(xiàn)這種新儀器很有吸引力，因為這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和開發(fā)，以跟上同步加速器到衍射限制存儲環(huán)的全球升級。為了克服當前計量技術(shù)的局限性，該團隊開發(fā)了這種新的 SAM 光學(xué)掃描頭和方法，認識到更準確地測量鏡面圖形對于下一代 X 射線鏡來說至關(guān)重要，使它們能夠利用改進的光源并滿足新的需求。
SAM 設(shè)置看似簡單(圖 1)。2D 隨機強度圖案(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筆形光束。因為每個散斑圖案具有獨特的特征，散斑可以被視為一組多個波前標記。鏡面測量區(qū)域上鏡面斜率的變化會改變散斑圖案。然后，通過使用先進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量被測表面 (SUT) 的斜率變化。
SAM 可以輕松安裝在現(xiàn)有的異地計量臺架上。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，還實現(xiàn)了高精度。
SAM 儀器還可以通過在整個鏡面執(zhí)行 SAM 的 2D 光柵掃描，潛在地用于測量環(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火。
目前可用的計量技術(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。基于 SAM 的新技術(shù)和儀器使用非常多的散斑，即使在單個圖像中也能提供更好的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和更少的隨機噪聲。這一顯著特征將有可能使提議的 SAM 計量技術(shù)廣泛用于超精密計量和下一代 X 射線鏡的進步。
Diamond 物理科學(xué)總監(jiān) Laurent Chapon 評論道；“這項由鉆石光學(xué)與計量集團成員集中開發(fā)的令人興奮的散斑角測量新技術(shù)將能夠擴展當前計量儀器的能力。對于下一代 X 射線鏡，需要跟上新的 X-射線源以及對更大連貫性和更緊密聚焦的不斷增長的需求，SAM 將是及時的援助來源。”
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