[发明专利]一种X射线宽光谱三层膜反射镜结构设计方法

权利要求书

1.一种X射线宽光谱三层膜反射镜结构设计方法，其特征在于，所述三层膜反射镜结构包括自下而上依次设置的基板、高密度层、中间密度层和低密度层，所述设计方法包括：

材料选择步骤：根据反射镜的使用环境和带有权重因子的入射光谱能量范围，确定高密度层、中间密度层和低密度层的材料；

厚度设置步骤：根据X射线的掠入射角度，以目标能量光谱范围中积分反射率最高为优化目标建立评价函数，获得所述高密度层、中间密度层和低密度层的厚度；

所述厚度设置步骤中，评价函数为：

式中，d₁、d₂、d₃分别为高、中、低三种密度材料的厚度，R(λ；d₁，d₂，d₃)为反射率，λ为入射X射线的波长，ξ(λ)为权重因子，λ_min、λ_max分别为目标光谱范围的最短和最长的波长；

所述反射率R(λ；d₁，d₂，d₃)的计算公式为：

R＝r₁₂₃₄·r₁₂₃₄^*

式中，r₁₂₃₄和r₁₂₃₄^*分别为振幅反射系数与它的共轭系数；

振幅反射系数r₁₂₃₄的计算公式为：

式中，r_m为结构中各界面的反射系数，m＝1，2，3，4，δ_i为位相厚度，i＝1，2，3；

所述结构中各界面包括低密度层与真空介质之间、中低密度层之间、高中间密度层之间以及基底与高密度层之间的界面，各界面的反射系数计算公式为：

式中，n_m-1、n_m分别为界面两侧的折射率，k_m-1、k_m分别为界面两侧材料对此波长X射线的吸收系数，θ_m-1、θ_m分别为X射线入射和出射界面的角度；

所述位相厚度δ_i计算公式为：

式中，n_i、k_i和d_i分别代表此薄膜对入射X射线的折射率、吸收系数以及光学厚度，θ_i表示出射界面的角度。

2.根据权利要求1所述的X射线宽光谱三层膜反射镜结构设计方法，其特征在于，所述材料选择步骤中，中间密度层的材料根据所述高密度层和低密度层的材料确定，中间密度层的全反射临界角处于高密度层和低密度层的全反射临界角的中间位置，且中间密度层的吸收边在入射光谱能量范围之外或在权重因子较低的波长范围内。

3.根据权利要求1所述的X射线宽光谱三层膜反射镜结构设计方法，其特征在于，所述基板的材料为二氧化硅、单晶硅或镍，所述高密度层的材料为铂、金或铱，所述低密度层的材料为碳、硅、碳化硅或碳化硼。

4.根据权利要求1所述的X射线宽光谱三层膜反射镜结构设计方法，其特征在于，所述中间密度层的材料为镍、铁、钴、铜或锌。

5.根据权利要求2所述的X射线宽光谱三层膜反射镜结构设计方法，其特征在于，所述全反射临界角的计算公式为：

式中，Φ_C为全反射角，δ为散射项，Z为原子序数，ρ为物质的密度，A为相对原子质量，λ为入射X射线的波长。

6.根据权利要求1所述的X射线宽光谱三层膜反射镜结构设计方法，其特征在于，所述厚度设置步骤中，在一定厚度范围内改变所述高密度层、中间密度层和低密度层的厚度，计算每种厚度组合下的所述评价函数的值，获得目标能量光谱范围中积分反射率最高所对应的厚度组合。

7.根据权利要求6所述的X射线宽光谱三层膜反射镜结构设计方法，其特征在于，所述厚度范围为1-20nm。