【儀表網 儀表研發】導讀：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產生了具有斜率誤差(低于 50 nrad 均方根 (rms))的反射鏡，但許多現有的計量技術難以測量它們。
此外，SAM 結構緊湊、成本低，可與大多數現有的 X 射線反射鏡計量儀器集成。
Diamond Light Source 光學與計量學組的 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的新技術。基于散斑角測量 (SAM)，它可以超越當前計量技術的許多限制，并為表征強烈彎曲的高質量 X 射線鏡提供前所未有的精度。
現代同步輻射設備和無 X 射線電子激光器為尖端科學和工業研究提供高亮度 X 射線。X 射線束的成功開發和有效利用取決于所用光學器件的質量。X 射線反射鏡是關鍵的光學元件，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成了重大挑戰。
高級光學科學家兼該研究的主要作者 Hongchang Wang 博士解釋了這項新技術的優勢：我們開發的基于散斑的計量儀器 SAM 是一種緊湊、低成本的儀器，易于與大多數其他現有的 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。這是大多數現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、天文物理學的發展和望遠鏡。
Diamond 首席光束線科學家兼光學與計量小組負責人 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 并讓我們能夠對用于將 Diamond 升級為低發射 Diamond-II 源所需的極高品質 X 射線鏡進行計量測試。X 射線鏡的供應商也會發現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量更高的光學器件。”
高精度 X 射線反射鏡不斷改進和開發，以跟上同步加速器到衍射限制存儲環的全球升級。為了克服當前計量技術的局限性，該團隊開發了這種新的 SAM 光學掃描頭和方法，認識到更準確地測量鏡面圖形對于下一代 X 射線鏡來說至關重要，使它們能夠利用改進的光源并滿足新的需求。
SAM 設置看似簡單(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 可以輕松安裝在現有的異地計量臺架上。它可以生成二維表面輪廓，提供有關 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性之外，還實現了高精度。
SAM 儀器還可以通過在整個鏡面執行 SAM 的 2D 光柵掃描，潛在地用于測量環形、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，還可以應用于自由曲面光學和其他領域的高質量反射鏡，例如極紫外光刻和激光點火。
目前可用的計量技術來指導提高 X 射線反射鏡制造質量的最新努力變得越來越具有挑戰性。基于 SAM 的新技術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計數據和更少的隨機噪聲。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 物理科學總監 Laurent Chapon 評論道；“這項由鉆石光學與計量集團成員集中開發的令人興奮的散斑角測量新技術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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