为了研究Angel型龙虾眼X射线透镜的聚焦成像特性,基于X射线全反射原理和旋转坐标系方法,建立X射线在方孔内壁的数值模型。通过求解X射线在方孔内壁的交点,得到所有光线的传输路径。为了验证模型的准确性,对透镜的焦距和传输效率分别进行实验测试和模拟。在365 mm焦距处,参与反射的X射线被会聚为十字线,中心焦斑光强最大,与模拟所得结果相符。在能量4.5 keV下,透镜镀金属Ir膜前、后的传输效率分别为1.23%和9.18%,模拟结果的传输效率分别为1.44%和10.14%。结果表明:构建的数值模型是合理的,可为龙虾眼透镜的研制提供理论基础。

掠入射X射线反射(GIXR)由于检测精度高且对检测薄膜的无损伤而被广泛用于薄膜检测和高精度表征。GIXR是一种基于数值拟合的间接检测方法, 因此在薄膜微观结构的求解, 特别是复杂多层膜膜系的求解过程中对数值优化算法的要求较高。为此提出了基于量子衍生遗传算法(QIGA)的薄膜GIXR拟合求解方法, 并基于QIGA对Si单层膜和等周期Mo/Si多层膜的GIXR分别进行拟合求解。结果表明, 该方法具有求解速度快、拟合精度高的明显优势, 说明QIGA在光学薄膜表征方面有潜在的应用价值。

为了快速、 准确得到纳米薄膜厚度, 采用Kiessig厚度干涉条纹计算薄膜厚度的线性拟合公式, 计算了不同系列厚度(10~120 nm)的二氧化硅薄膜。 薄膜样品采用热原子层沉积法(T-ALD)制备, 薄膜厚度使用掠入射X射线反射(GIXRR)技术表征, 基于GIXRR得到的反射率曲线系统讨论了线性拟合公式计算薄膜厚度的步骤及影响因素, 同时使用XRR专业处理软件GlobalFit2.0比较了两种方法得到的膜厚, 最后提出一种计算薄膜厚度的新方法-经验曲线法。 结果表明: 峰位级数对线性拟合厚度产生主要影响, 峰位级数增加, 厚度增大; 峰位对应反射角同样对线性拟合厚度有较大影响, 表现为干涉条纹周期增大, 厚度减小。 但峰位级数及其对应反射角在拟合薄膜厚度过程中引入的误差可进一步通过试差法, 临界角与干涉条纹周期的校准来减小。 对任意厚度的同一样品, 线性拟合和软件拟合两种方法得到的薄膜厚度具有一致性, 厚度偏差均小于0.1 nm, 表明线性拟合方法的准确性。 在厚度准确定值的基础上提出薄膜厚度与干涉条纹周期的经验关系曲线, 通过该曲线, 可直接使用干涉条纹周期计算薄膜厚度, 此方法不仅省略了线性拟合过程中确定峰位级数及其对应反射角的繁琐步骤, 而且避免了软件拟合过程中复杂模型的建立, 对快速、 准确获得薄膜厚度信息具有重要的意义。

测量了Mo/Si多层膜在250 ℃下经历不同时间退火后的掠入射X射线反射谱，从中提取出特定级次衍射峰在退火过程中的相对移位，通过布拉格公式拟合，得到了Mo/Si多层膜周期厚度皮米级别的相对变化。采用扩散控制模型来描述Mo/Si多层膜界面扩散，界面厚度的平方随时间线性增加，由此拟合得到Mo和Si间的扩散系数为0.33×10-22 cm2/s。采用四层模型，对掠入射X射线反射谱进行全谱拟合，得到了Mo，Si和扩散层MoSi2的密度分别为9.3，2.5和5.4 g/cm3，据此对Mo和Si间扩散系数进行修正，最终得到在250 ℃下，Mo/Si多层膜中Mo和Si间的扩散系数为1.88×10-22 cm2/s，从而为研究Mo/Si多层膜的热稳定性提供了定量依据。

采用磁控溅射方法制备了周期数分别为10, 30, 50和75的Ni/Ti多层膜, 利用X射线掠入射反射测量了多层膜表面和界面的状态, 并用原子力显微镜测量了多层膜的表面粗糙度, 研究了不同周期数的Ni/Ti多层膜表面粗糙度的变化规律。结果表明: Ni/Ti多层膜表面粗糙度随着膜层数增加而增加, 当Ni/Ti多层膜的周期数从10变化到75时, 其表面粗糙度由0.80 nm增大到1.69 nm。实验数据拟合表明: Ni/Ti多层膜表面粗糙度与周期数成３次方关系；但在周期数较小时, 粗糙度与周期数成线性关系。