DE10227367B4 - Reflective element for free electron laser radiation, process for its preparation and its use - Google Patents

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Abstract

Reflektierendes Element für freie Elektronen-Laserstrahlung im Wellenlängenbereich zwischen 150 und 500 nm,
bei dem auf einem Substrat ein erstes Wechselschichtsystem angeordnet ist, dessen Schichtpaare entweder aus SiO2 und einem eine höhere Brechzahl als SiO2 aufweisenden ersten Metalloxid oder Fluorid oder
aus zwei Fluoriden unterschiedlicher Brechzahl bestehen und dessen Schichten jeweils als λ/4-Schichten für ein Wellenlängenintervall im Bereich um eine erste Wellenlänge λ2 ausgebildet sind,
auf dem ersten Wechselschichtsystem eine Übergangsschicht aus SiO2 oder dem ersten Metalloxid oder einem Fluorid angeordnet ist, die als λ/4-Schicht für die erste Wellenlänge λ2 ausgebildet ist,
auf der Übergangsschicht ein zweites Wechselschichtsystem angeordnet ist, dessen Schichtpaare aus SiO2 und einem eine höhere Brechzahl als SiO2 aufweisenden zweiten Metalloxid oder Fluorid oder
aus zwei Fluoriden unterschiedlicher Brechzahl bestehen und dessen Schichten jeweils als λ/4-Schichten für ein Wellenlängenintervall im Bereich um eine zweite Wellenlänge λ1 ausgebildet sind,
wobei die zweite...Reflecting element for free electron laser radiation in the wavelength range between 150 and 500 nm,
in which a first alternating layer system is arranged on a substrate, whose layer pairs are made of either SiO 2 and a first refractive index or SiO 2 having first metal oxide or fluoride or
consist of two fluorides of different refractive index and whose layers are each formed as λ / 4 layers for a wavelength interval in the range around a first wavelength λ 2 ,
on the first alternating layer system a transition layer of SiO 2 or the first metal oxide or a fluoride is arranged, which is formed as λ / 4-layer for the first wavelength λ 2 ,
on the transition layer, a second alternating layer system is arranged, whose layer pairs of SiO 2 and a higher refractive index than SiO 2 having second metal oxide or fluoride or
consist of two fluorides of different refractive index and whose layers are each formed as λ / 4 layers for a wavelength interval in the range around a second wavelength λ 1 ,
where the second ...

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Description

Die Erfindung betrifft ein reflektierendes Element für freie Elektronen-Laserstrahlung, ein verfahren zur Herstellung eines solchen reflektierenden Elementes sowie dessen Verwendung zur Justierung eines Resonators einer freien Elektronen-Laserstrahlquelle im Wellenlängenbereich zwischen 150 bis zu 500 nm und ggf. darüber hinausgehend.The Invention relates to a reflective element for free electron laser radiation, a method for producing such a reflective element and its use for adjusting a resonator of a free Electron laser beam source in the wavelength range between 150 to to 500 nm and possibly above also possible.

Die seit ca. 1977 bekannten freien Elektronen-Laserstrahlquellen können in einem breiten Wellenlängenbereich, ausgehend vom Infraroten bis hin zu Ultravioletten und sogar zum Vakuum-Ultravioletten Wellenlängen ausgenutzt werden. Im Gegensatz zu den anderen herkömmlichen Laserstrahlquellen wird als aktives Medium ein relativistischer Elektronenstrahl einge setzt, der bei entsprechenden Bedingungen eine Verstärkung von innerhalb eines Resonators gespeicherten Lichtes bewirken kann. Dadurch können mit den freien Elektronen-Laserstrahlquellen monochromatische und kohärente Strahlung mit hoher Spitzen- und Dauerleistung erzeugt werden, die zusätzlich auch durchstimmbar ist. Dementsprechend kann eine solche Freie Elektronen-Laserstrahlquelle gezielt auf eine bestimmte ausgewählte Wellenlänge eingestellt werden.The Since about 1977 known free electron laser sources can in a wide wavelength range, from infrared to ultraviolet and even to Vacuum ultraviolet wavelengths be exploited. Unlike the other conventional ones Laser beam sources become a relativistic medium as an active medium Electron beam is used, which under appropriate conditions a reinforcement caused by stored within a resonator light. Thereby can with the free electron laser sources monochromatic and coherent Radiation with high peak and continuous power can be generated, the additionally also tunable. Accordingly, such a free electron laser beam source specifically set to a specific selected wavelength become.

Soll eine solche freie Elektronen-Laserstrahlung im unteren Wellenlängenbereich, beispielsweise im Bereich der Ultravioletten- bzw. auch Vakuum-Ultraviolettenstrahlung, in einem optischen Resonator einer solchen Laserstrahlquelle eingesetzt werden, sind wegen der geringen Verstärkung in diesem Wellenlängenbereich aus Wechselschichten gebildete Schichtsysteme erforderlich, die eine hohe Reflektivität aufweisen und gegenüber der Synchrotronstrahlung resistent sind. Wegen der hohen Leistungen muss die Absorption der eingesetzten Substrate, auf denen die entsprechenden reflektierenden Wechselschichtsysteme ausgebildet sind, sehr klein gehalten werden, um Zerstörung durch erhöhte Erwärmung zu vermeiden. Hierbei sind insbesondere die kleinen Wellenlängen kritisch.Should Such free electron laser radiation in the lower wavelength range, For example, in the field of ultraviolet or vacuum ultraviolet radiation, used in an optical resonator of such a laser beam source are due to the low gain in this wavelength range Layer systems formed from alternating layers required, the a high reflectivity exhibit and opposite are resistant to synchrotron radiation. Because of the high performance needs the absorption of the substrates used, on which the corresponding reflective alternating-layer systems are formed, very small be held to destruction through increased warming to avoid. In particular, the small wavelengths are critical here.

Bei Verwendung eines solchen reflektierenden Elementes als vorderer Spiegel eines optischen Resonators einer freien Elektronen-Laserstrahlquelle wirkt nicht nur die erste Harmonische dieser Strahlung, sondern die gesamte vom Undulator abgegebene Strahlung. Daraus folgt, dass die entsprechende Strahlung ein sehr breites Wellenlängenband umfasst und auch bis in den Wellenlängenbereich der Röntgenstrahlung reicht.at Use of such a reflective element as a front Mirror of an optical resonator of a free electron laser beam source acts not just the first harmonic of this radiation, but the whole radiation emitted by the undulator. It follows that the corresponding radiation a very broad wavelength band includes and also into the wavelength range of the X-ray radiation enough.

Für Anwendungen mit freier Elektronen-Laserstrahlung sind entsprechende reflektierende Elemente, auf denen ein Wechselschichtsystem für eine bestimmte Wellenlänge ausgebildet ist, bekannt. Üblicherweise wird als ein Werkstoff für eine Schicht eines solchen Wechselschichtsystems SiO2 als niedrigbrechende Komponente eingesetzt, da dieses Oxid für Strahlung bis zu einer Wellenlänge von ca. 150 nm transparent ist. Andere höherbrechende oxidische Verbindungen haben in der Regel höhere Wellenlängenuntergrenzen, bei denen sich ihre Transparenz verliert. Dementsprechend werden herkömmliche reflektierende Elemente mit Wechselschichtsystemen eingesetzt, die ihre Reflexionsmaxima im Bereich um ca. 300 nm haben. Diese relativ hohe Obergrenze, die wegen der entsprechend hohen Absorption eingehalten werden muss, begrenzt aber die Nutzung der freien Elektronen Laserstrahlung bis auf diese untere Grenze. Für viele Applikationen werden aber Arbeitswellenlängen gewünscht, die kleiner als 300 nm sind.For applications with free electron laser radiation, corresponding reflective elements on which an alternating-layer system for a certain wavelength is formed are known. Usually, SiO 2 is used as a material for a layer of such a layer-change system as a low-refractive index component, since this oxide is transparent to radiation up to a wavelength of approximately 150 nm. Other higher refractive index oxidic compounds usually have higher wavelength lower bounds, which lose their transparency. Accordingly, conventional reflective elements are used with alternating layer systems, which have their reflection maxima in the range of about 300 nm. However, this relatively high upper limit, which must be met because of the correspondingly high absorption, limits the use of the free electron laser radiation down to this lower limit. For many applications but working wavelengths are desired, which are smaller than 300 nm.

Solche, auf lediglich eine Wellenlänge im ultravioletten und vakuum-ultravioletten Spektralbereich ausgelegten reflektierenden Elemente bereiten Probleme beim Justieren einer freien Elektronen-Laserstrahlquelle auf eine bestimmte Arbeitswellenlänge, dem sogenannten Durchstimmen. Dieses Problem verstärkt sich in Richtung auf kürzere Wellenlängen, wegen der entsprechenden Zunahme der Absorption und der damit verbundenen geringeren Verstärkung. Außerdem wirken sich das kleine Signal/Rauschverhältnis und die entsprechende Empfindlichkeitsabnahme eines zu verwendenden Photodetektors aus.Such, to only one wavelength designed in the ultraviolet and vacuum-ultraviolet spectral range reflective elements cause problems when adjusting one free electron laser beam source to a certain operating wavelength, the so-called tuning. This problem is compounding towards shorter wavelengths because of the corresponding increase in absorption and the associated lower reinforcement. Furthermore affect the small signal to noise ratio and the corresponding Sensitivity decrease of a photodetector to be used.

So sind in EC Contract ERBFMGECT980102: „Development of a Combined Synchrontron Radiation and VUV Free-Electron Laser Facility". Minutes of the 7th Project Meeting, Trieste, Italy am 10. März 2001 Hinweise für die Ausbildung von Spiegeln, die im Zusammenhang mit freie Elektronen-Laserstrahlquellen eingesetzt werden können, gegeben. Solche Spiegel sollen mit zwei unterschiedlichen Metalloxid/Siliciumoxid Schichtsystemen, die für unterschiedliche Wellenlängenbereiche, nämlich 350 bis 400 nm sowie 220 bis 230 nm ausgewählt worden sind, versehen sein. Für beide Spektralbereiche sollen Reflektivitäten oberhalb 94% erreicht werden können.Thus, in EC Contract ERBFMGECT980102. "Development of a Combined Synchrontron Radiation and VUV Free-Electron Laser Facility" Minutes of the 7 th Project Meeting, Trieste, Italy on March 10, 2001 Notes for the training of mirrors in connection with Such mirrors are to be provided with two different metal oxide / silicon oxide layer systems, which have been selected for different wavelength ranges, namely 350 to 400 nm and 220 to 230 nm For both spectral ranges, reflectivities above 94 % can be achieved.

Aus DE 31 02 301 A1 ist es in allgemeiner Form bekannte, dass bei Interferenzfiltern zwischen zwei verschiedenen Wechselschichtsystemen für unterschiedliche Wellenlängen Übergangsschichten angeordnet werden sollen. Im Besonderen ist dort zu entnehmen, dass zwischen Wechselschichtsystemen/Wechselschichtgruppen ein oder mehrere Koppelschichten angeordnet sein sollen, deren optische Dicke wie auch die Wechselschichtsysteme/Wechselschichtgruppen auf eine einzige Messwellenlänge λ0 abgestimmt sind.Out DE 31 02 301 A1 It is generally known that in interference filters between two different alternating-layer systems for different wavelengths transition layers should be arranged. In particular, it can be seen there that one or more coupling layers should be arranged between alternating-layer systems / alternating-layer groups whose optical thickness, as well as the alternating-layer systems / alternating-layer groups, are tuned to a single measuring wavelength λ 0 .

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, für freie Elektronen-Laserstrahlung reflektierende Elemente zur Verfügung zu stellen, die auch bei Arbeitswellenlän gen unterhalb 300 nm mit einer freien Elektronen-Laserstrahlquelle eingesetzt werden können, ein einfaches Justieren der optischen Elemente im Strahlengang und ein einfaches und schnelles Durchstimmen des Resonators auf eine Arbeitswellenlänge erlauben.It is therefore an object of the invention, for free electron laser radiation reflective elements available to provide, even at working wavelengths below 300 nm with a free electron laser beam source can be used, a simple Adjusting the optical elements in the beam path and a simple and allow fast tuning of the resonator to a working wavelength.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem reflektierenden Element, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Die erfindungsgemäßen reflektierenden Elemente können mit einem Verfahren gemäß Anspruch 11 hergestellt werden und eine Verwendung wird mit dem Anspruch 13 definiert.According to the invention this Task with a reflective element that has the characteristics of the claim 1, solved. The reflective according to the invention Elements can with a method according to claim 11 are made and use is made with the claim 13 defined.

Die untergeordneten Ansprüche enthalten Merkmale für vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung.The subordinate claims contain characteristics for advantageous embodiments and refinements of the invention.

Die erfindungsgemäßen reflektierenden Elemente für freie Elektronen-Laserstrahlung im Wellenlängenbereich zwischen 150 und bevorzugt bis 500 nm weisen zwei übereinander angeordnete unterschiedliche Wechselschichtsysteme auf, die jeweils auf bestimmte Wellenlängen für eine erhöhte Reflektivität ausgerichtet sind, so dass man auch von einem Zweiwellenlängenspiegel sprechen kann.The reflective according to the invention Elements for free electron laser radiation in the wavelength range between 150 and preferably up to 500 nm have two superimposed different Alternating layer systems, each aligned to specific wavelengths for increased reflectivity are, so that one can also speak of a two-wavelength mirror.

Dabei ist auf der Oberfläche eines Substrates ein erstes Wechselschichtsystem, das aus Schichtpaaren von SiO2 und einem ersten Metalloxid oder Fluorid gebildet ist. Dieses Metalloxid oder Fluorid weist eine höhere Brechzahl als das SiO2 auf. Dabei sind die einzelnen Schichtdicken der SiO2 und Metalloxid- oder Fluoridschichten, als λ/4-Schichtdicken für ein Wellenlängenintervall im Bereich um eine erste Wellenlänge λ2 ausgebildet.In this case, on the surface of a substrate, a first alternating layer system, which is formed from layer pairs of SiO 2 and a first metal oxide or fluoride. This metal oxide or fluoride has a higher refractive index than the SiO 2 . In this case, the individual layer thicknesses of the SiO 2 and metal oxide or fluoride layers are formed as λ / 4 layer thicknesses for a wavelength interval in the range around a first wavelength λ 2 .

In einer erfindungsgemäßen Alternative kann das erste Wechselschichtsystem auch aus zwei Fluoriden mit jeweils unterschiedlicher Brechzahl gebildet sein.In an alternative of the invention can the first alternating layer system also made of two fluorides, respectively be formed of different refractive index.

Auf diesem Wechselschichtsystem ist lediglich eine Übergangsschicht vorhanden, die aus SiO2 oder dem ersten Metalloxid bzw. Fluorid besteht und die als λ/4-Schicht für die erste Wellenlänge λ2 ausgebildet ist.On this alternating layer system, only a transition layer is present, which consists of SiO 2 or the first metal oxide or fluoride and which is formed as λ / 4-layer for the first wavelength λ 2 .

Auf dieser Übergangsschicht wiederum wird ein zweites Wechselschichtsystem ausgebildet, dessen Schichtpaare aus SiO2 und einem zweiten Metalloxid oder Fluorid, das ebenfalls eine höhere Brechzahl als SiO2 aufweist.In turn, a second alternating layer system is formed on this transition layer whose layer pairs comprise SiO 2 and a second metal oxide or fluoride, which likewise has a higher refractive index than SiO 2 .

Auch das zweite Wechselschichtsystem kann in einer erfindungsgemäßen Alternative aus zwei Fluoriden mit jeweils unterschiedlicher Brechzahl gebildet sein.Also the second alternating layer system can be used in an alternative according to the invention formed from two fluorides, each with different refractive index be.

Die Einzelschichten sind als λ/4-Schichten für ein Wellenlängenintervall im Bereich um eine zweite Wellenlänge λ1 ausgebildet.The individual layers are formed as λ / 4 layers for a wavelength interval in the range around a second wavelength λ 1 .

Dabei ist die zweite Wellenlänge λ1 kleiner als die erste Wellenlänge λ2.In this case, the second wavelength λ 1 is smaller than the first wavelength λ 2 .

Fluoridwechselschichtsysteme sind zu bevorzugen, wenn die zweite an sich kleinere Wellenlänge λ1 kleiner als 190 nm sein soll.Fluoride change layer systems are to be preferred if the second smaller wavelength λ 1 is to be less than 190 nm.

Dementsprechend können mit einer bestimmten Bandbreite, die dem Wellenlängenintervall entspricht, um die beiden Wellenlängen hohe Reflektivitäten des erfindungsgemäßen reflektierenden Elementes gesichert werden.Accordingly can with a certain bandwidth corresponding to the wavelength interval the two wavelengths high reflectivities of the reflective according to the invention Elementes are secured.

Für die Wechselschichtsysteme können verschiedene Metalloxide eingesetzt werden. So können die entsprechenden Schichten aus HfO2, Al2O3, ZrO3, Sc2O3, Y2O3, La2O3, Ta2O5 oder auch Nb2O5 gebildet werden. Dabei hat das jeweils gewählte Metalloxid selbstverständlich auch entsprechenden Einfluss auf das Design des Schichtsystems und die jeweilig reflektierten Wellenlängen.For the alternating layer systems, various metal oxides can be used. Thus, the corresponding layers of HfO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 3 , Sc 2 O 3 , Y 2 O 3 , La 2 O 3 , Ta 2 O 5 or Nb 2 O 5 are formed. Of course, the metal oxide chosen in each case also has a corresponding influence on the design of the layer system and the respective reflected wavelengths.

Die Fluoride können ausgewählt sein aus MgF2, LaF3, GdF3, BaF2, CaF2 und AlF3.The fluorides may be selected from MgF 2 , LaF 3 , GdF 3 , BaF 2 , CaF 2 and AlF 3 .

Für die Wechselschichtsysteme sollten jeweils mindestens fünf Schichtpaare gewählt werden.For the alternating layer systems should each be at least five Layer pairs selected become.

Als Substratmaterialien können z.B. Quarzglas, Saphir BK7, kristalliner Quarz, CaF2, MgF2, BaF2 oder Silizium eingesetzt werden.As substrate materials, for example quartz glass, sapphire BK7, crystalline quartz, CaF 2 , MgF 2 , BaF 2 or silicon can be used.

Die für die Wechselschichtsysteme eingesetzten Metalloxide sollten so ausgewählt werden, dass ein möglichst großer Abstand der beiden ausgewählten Wellenlängen λ1 und λ2 zu verzeichnen ist.The metal oxides used for the alternating-layer systems should be selected such that the greatest possible distance between the two selected wavelengths λ 1 and λ 2 is recorded.

Die jeweils höhere Wellenlänge λ2 sollte möglichst oberhalb 300 nm gewählt werden. Günstig es eine Wellenlänge im sichtbaren Spektralbereich zu wählen.The respective higher wavelength λ 2 should preferably be selected above 300 nm. It is favorable to choose a wavelength in the visible spectral range.

Dadurch kann wegen der bei freien Elektronen-Laserstrahlquellen vorhandenen guten Durchstimmbarkeit, die Justierung auf bestimmte Wellenlängen deutlich vereinfacht werden. So kann der optische Resonator der freie Elektronen-Laserstrahlquelle in diesem höheren Wellenlängenbereich wegen der entsprechend größeren Verstärkung, dem höheren Signal/Rauschverhältnis, der höheren Empfindlichkeit von Photonendetekto ren im entsprechenden Wellenlängenbereich sehr genau auf die erste Wellenlänge λ2 eingestellt werden. Dabei wirkt sich auch die größere Bandbreite, also das größere Wellenlängenintervall um diese erste Wellenlänge λ2, in dem eine erhöhte Reflektivität vorhanden ist, für die Feinabstimmung des optischen Resonators auf diese Wellenlänge λ2 günstig aus.As a result, the adjustment to specific wavelengths can be significantly simplified because of the good tunability present in the case of free electron laser beam sources. Thus, the optical resonator of the free electron laser beam source in this higher wavelength range due to the correspondingly larger gain, the higher signal / noise ratio, the higher sensitivity of Photonendetekto ren in the corresponding wavelength range very precisely to the first Wavelength λ 2 are set. The larger bandwidth, ie the larger wavelength interval around this first wavelength λ 2 , in which an increased reflectivity is present, also has a favorable effect for the fine tuning of the optical resonator to this wavelength λ 2 .

Ist der optische Resonator auf diese Wellenlänge eingestellt worden, kann durch einfaches Umschalten des Undulators der freie Elektronen Laserstrahlquelle auf die zweite Wellenlänge λ1, als Arbeitswellenlänge gewechselt werden, ohne dass eine für entsprechend deutlich kleinere Wellenlängen aufwendigere Justierung des optischen Resonators auf diese Wellenlänge λ1 erforderlich ist.If the optical resonator has been set to this wavelength, the free electron laser beam source can be changed to the second wavelength λ 1 , as operating wavelength, by simply switching the undulator, without adjusting the optical resonator to this wavelength λ 1, which is more complex for correspondingly smaller wavelengths is required.

So kann beispielsweise ein reflektierendes Element, auf dem ein erstes Wechselschichtsystem, das aus HfO2 und SiO2 Einzelschichten ausgebildet ist, mit entsprechenden λ/4-Schichtdicken für die erste Wellenlänge λ2 gleich 380 nm und im Anschluss auf der auf diesem Wechselschichtsystem ausgebildeten SiO2-Übergangsschicht das zweite Wechselschichtsystem aus Al2O3- und Sio2-Schichten mit entsprechenden λ/4-Schichtdicken für die zweite Wellenlänge λ1 gleich 220 nm ausgebildet werden.Thus, for example, a reflective element on which a first alternating layer system, which is formed from HfO 2 and SiO 2 individual layers, with corresponding λ / 4 layer thicknesses for the first wavelength λ 2 equal to 380 nm and subsequent to the formed on this alternating layer system SiO 2 transition layer, the second alternating layer system of Al 2 O 3 - and Sio 2 layers are formed with corresponding λ / 4 layer thicknesses for the second wavelength λ 1 equal to 220 nm.

Wie bereits angesprochen, folgt dann die Einjustierung des optischen Resonators auf die Wellenlänge λ2 gleich 380 nm und nach erfolgter Einstellung auf diese Wellenlänge wird durch entsprechende Umschaltung des Undulators die Arbeitswellenlänge λ1 gleich 220 nm eingeschaltet.As already mentioned, then the Einjustierung the optical resonator to the wavelength λ 2 equal 380 nm and after adjustment to this wavelength, the operating wavelength λ 1 equal to 220 nm is turned on by appropriate switching of the undulator.

Da das erfindungsgemäße reflektierende Element in den kritischen Wellenlängenbereichen, bei denen die freie Elektronen Laserstrahlquelle betrieben werden soll, eine geringe Absorption aufweist, ist ein Dauerbetrieb auch mit hoher Leistung ohne weiteres möglich. Mit weiteren, bereits vorab genannten Metalloxiden können Wechselschichtsysteme für andere Wellenlängen ausgebildet werden.There the reflective element according to the invention in the critical wavelength ranges, at where the free electron laser beam source is to be operated, has a low absorption, is also a continuous operation with high performance readily possible. With other metal oxides already mentioned above, alternating layer systems can be used for others wavelength be formed.

So kann beispielsweise ein Wechselschichtsystem SiO2-Ta2O5 für eine Wellenlänge von 500 nm, ein Wechselschichtsystem SiO2 – HfO2 für eine Wellenlänge von 300 nm, ein Wechselschichtsystem Y2O3-SiO2 für eine Wellenlänge von 250 nm, ein Wechselschichtsystem SiO2 – Al2O3 für eine Wellenlänge von 190 nm und ein Wechselschichtsystem MgF2 – LaF3 für eine Wellenlänge von 150 nm eingesetzt werden.For example, an alternating layer system SiO 2 -Ta 2 O 5 for a wavelength of 500 nm, an alternating layer system SiO 2 - HfO 2 for a wavelength of 300 nm, a alternating layer system Y 2 O 3 -SiO 2 for a wavelength of 250 nm, a Alternating layer system SiO 2 - Al 2 O 3 for a wavelength of 190 nm and an alternating layer system MgF 2 - LaF 3 for a wavelength of 150 nm.

Dadurch können unterschiedliche Kombinationen, die entsprechenden Wellenlängen berücksichtigende reflektierende Elemente erhalten werden.Thereby can different combinations, considering the corresponding wavelengths reflective elements are obtained.

Die erfindungsgemäßen reflektierenden Elemente können vorteilhaft im Vakuum mittels ionengestützter Plasmaverdampfung hergestellt werden.The reflective according to the invention Elements can advantageously prepared in vacuum by means of ion-assisted plasma evaporation become.

Dabei sollen bevorzugt die Ausbildung der jeweiligen Einzelschichten innerhalb einer Vakuumkammer durch entsprechende bekannte Verdampfung der jeweiligen Oxide ausgebildet werden.there should be preferred to the formation of the respective individual layers within a vacuum chamber by appropriate known evaporation of the respective oxides are formed.

Dabei wird Argon als Arbeitsgas und zusätzlich Sauerstoff als Reaktivgas zugeführt.there Argon is used as working gas and oxygen as reactive gas fed.

Durch entsprechende Einstellung des jeweiligen Sauerstoffpartialdrucks kann Einfluss auf die Stöchiometrie der jeweiligen Oxidschicht genommen werden.By appropriate adjustment of the respective oxygen partial pressure can influence the stoichiometry the respective oxide layer are taken.

Die einzelnen Schichten erreichen dadurch eine amorphe Struktur mit einer hohen Packungsdichte der Atome bzw. Moleküle. Dadurch können die optischen Eigenschaften weiter verbessert werden, was insbesondere eine weiter reduzierte Absorption und erhöhte Reflektivität betrifft.The individual layers thereby achieve an amorphous structure a high packing density of the atoms or molecules. This allows the optical Properties are further improved, which in particular one further reduced absorption and increased reflectivity concerns.

Nachfolgend soll die Erfindung weiter beispielhaft erläutert werden.following the invention should be further exemplified.

Dabei zeigt:there shows:

1 ein Diagramm der Reflektivität und Transmission eines Beispieles eines erfindungsgemäßen reflektierenden Elementes mit erhöhter Reflektivität bei den Wellenlängen 220 und 380 nm. 1 a diagram of the reflectivity and transmission of an example of a reflective element according to the invention with increased reflectivity at the wavelengths 220 and 380 nm.

Für die Herstellung des entsprechenden reflektierenden Elementes wurde ein Siliziumsubstrat mit einem Schichtdesign/(HS)11 H(SA)24/Luft ausgebildet. Dabei stehen H für Hafniumoxid, S für Siliziumdioxid und A für Aluminiumoxid.For the production of the corresponding reflective element, a silicon substrate with a layer design / (HS) 11 H (SA) 24 / air was formed. H stands for hafnium oxide, S for silicon dioxide and A for aluminum oxide.

Die Schichtdicken des ersten Wechselschichtsystems, das aus Silizium- und Hafniumoxidschichten besteht, werden auf eine erste Wellenlänge λ2 von 380 nm und für das zweite Wechselschichtsystem als λ/4-Schichtdicken für 220 nm aus SiO2 und Al2O3 gebildet.The layer thicknesses of the first alternating layer system consisting of silicon and hafnium oxide layers are formed at a first wavelength λ 2 of 380 nm and for the second alternating layer system as λ / 4 layer thicknesses for 220 nm from SiO 2 and Al 2 O 3 .

Dabei wird mit dem in 1 gezeigten Diagramm deutlich, dass bei dem so hergestellten reflektierenden Element in gewissen Bandbreiten erhöhte Reflektivitäten mit ca. 98 % bei 220 nm und 99,1 % bei 380 nm erreicht werden konnten.It is with the in 1 shown clearly that in the thus produced reflective element in certain bandwidths increased reflectivities could be achieved with about 98% at 220 nm and 99.1% at 380 nm.

Die einzelnen Schichten der Wechselschichtsysteme dieses Beispiels eines erfindungsgemäßen reflektierenden Elementes wurden mit einer kommerziell erhältlichen Plasmaquelle Advanced Plasma Source in einer Hochvakuum-Beschichtungsanlage hergestellt.The single layers of the alternating layer systems of this example one reflective according to the invention Elementes were treated with a commercially available plasma source Advanced Plasma Source produced in a high vacuum coating system.

Dabei wurde innerhalb der Vakuumkammer bei einem Basisdruck von 3,10–4 Pa, mit einer Bias Spannung zwischen 150 bis 200 V gearbeitet. Die durchschnittliche Beschichtungsrate betrug dabei 0,2 nm/s.It was worked within the vacuum chamber at a base pressure of 3.10 -4 Pa, with a bias voltage between 150 to 200 V. The average coating rate was 0.2 nm / s.

Zusätzlich wurden, wie bereits im allgemeinen Teil der Beschreibung erwähnt, als Arbeitsgas Argon und als Reaktivgas Sauerstoff zugeführt und dabei der Partialdruck des Sauerstoffs entsprechend der jeweils auszubildenden Oxidschicht gezielt eingestellt. So wird für die Ausbildung von HfO2- und Al2O3-Schichten ein Sauerstoffpartialdruck im Bereich von 3·10–4 mbar und für SiO2-Schichten ein Sauerstoffpartialdruck im Bereich von 1·10–4 mbar eingestellt. Das Substrat wurde auf 100 bis 150 °C erwärmt.In addition, as already mentioned in the general part of the description, argon was fed as the working gas and oxygen as the reactive gas, while the partial pressure of the oxygen was deliberately adjusted in accordance with the respective oxide layer to be formed. Thus, for the formation of HfO 2 and Al 2 O 3 layers, an oxygen partial pressure in the range of 3 × 10 -4 mbar and for SiO 2 layers an oxygen partial pressure in the range of 1 × 10 -4 mbar are set. The substrate was heated to 100 to 150 ° C.

Claims (13)

Reflektierendes Element für freie Elektronen-Laserstrahlung im Wellenlängenbereich zwischen 150 und 500 nm, bei dem auf einem Substrat ein erstes Wechselschichtsystem angeordnet ist, dessen Schichtpaare entweder aus SiO2 und einem eine höhere Brechzahl als SiO2 aufweisenden ersten Metalloxid oder Fluorid oder aus zwei Fluoriden unterschiedlicher Brechzahl bestehen und dessen Schichten jeweils als λ/4-Schichten für ein Wellenlängenintervall im Bereich um eine erste Wellenlänge λ2 ausgebildet sind, auf dem ersten Wechselschichtsystem eine Übergangsschicht aus SiO2 oder dem ersten Metalloxid oder einem Fluorid angeordnet ist, die als λ/4-Schicht für die erste Wellenlänge λ2 ausgebildet ist, auf der Übergangsschicht ein zweites Wechselschichtsystem angeordnet ist, dessen Schichtpaare aus SiO2 und einem eine höhere Brechzahl als SiO2 aufweisenden zweiten Metalloxid oder Fluorid oder aus zwei Fluoriden unterschiedlicher Brechzahl bestehen und dessen Schichten jeweils als λ/4-Schichten für ein Wellenlängenintervall im Bereich um eine zweite Wellenlänge λ1 ausgebildet sind, wobei die zweite Wellenlänge λ1 kleiner ist als die erste Wellenlänge λ2.Reflective element for free electron laser radiation in the wavelength range between 150 and 500 nm, in which a first alternating layer system is arranged on a substrate whose layer pairs either of SiO 2 and a higher refractive index than SiO 2 having first metal oxide or fluoride or two fluorides of different Refractive index and whose layers are each formed as λ / 4 layers for a wavelength interval in the range around a first wavelength λ 2 , on the first alternating layer system, a transition layer of SiO 2 or the first metal oxide or a fluoride is arranged as λ / 4 Layer is formed for the first wavelength λ 2 , on the transition layer, a second alternating layer system is arranged, whose layer pairs of SiO 2 and a higher refractive index than SiO 2 having second metal oxide or fluoride or two fluorides of different refractive index and whose layers each al s λ / 4 layers are formed for a wavelength interval in the range around a second wavelength λ 1 , wherein the second wavelength λ 1 is smaller than the first wavelength λ 2 . Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalloxide ausgewählt sind aus HfO2, Al2O3, ZrO2, Sc2O3, Y2O3 , La2O3 , Ta2O5 und Nb2O5 .Element according to claim 1, characterized in that the metal oxides are selected from HfO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , Sc 2 O 3 , Y 2 O 3 , La 2 O 3 , Ta 2 O 5 and Nb 2 O 5 . Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluoride ausgewählt sind aus MgF2, LaF3 , GdF3 ,BaF2 , CaF2 und AlF3.Element according to claim 1 or 2, characterized in that the fluorides are selected from MgF 2 , LaF 3 , GdF 3 , BaF 2 , CaF 2 and AlF 3 . Element nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselschichtsysteme aus jeweils mindestens fünf Schichtpaaren gebildet sind.Element according to at least one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that the alternating layer systems at least five each Layer pairs are formed. Element nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus SiO2 und HfO2 gebildetes erstes Wechselschichtsystem mindestens elf Schichtpaare und ein aus SiO2 und Al2O3 gebildetes zweites Wechselschichtsystem mindestens zwanzig Schichtpaare aufweist.Element according to at least one of the preceding claims, characterized in that a first alternating layer system formed from SiO 2 and HfO 2 has at least eleven layer pairs and a second alternating layer system formed from SiO 2 and Al 2 O 3 has at least twenty layer pairs. Element nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aus Quarzglas, Saphir, BaF2, CaF2, MgF2, BK7, kristallinem Quarz oder Silizium besteht.Element according to at least one of the preceding claims, characterized in that the substrate consists of quartz glass, sapphire, BaF 2 , CaF 2 , MgF 2 , BK7, crystalline quartz or silicon. Element nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten in amorpher Form ausgebildet sind.Element according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the layers are formed in amorphous form are. Element nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wellenlänge λ2 größer als 300 nm ist.Element according to at least one of the preceding claims, characterized in that the first wavelength λ 2 is greater than 300 nm. Element nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wechselschichtsystem für eine erste Wellen länge λ2 von 380 nm und das zweite Wechselschichtsystem für eine zweite Wellenlänge λ1 von 220 nm ausgebildet ist.Element according to at least one of the preceding claims, characterized in that the first alternating layer system for a first wavelength λ 2 of 380 nm and the second alternating layer system for a second wavelength λ 1 of 220 nm is formed. Element nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellenlängenintervall um die erste Wellenlänge λ2 größer als das Wellenlängenintervall um die zweite Wellenlänge λ1 von 220 nm ausgebildet ist.Element according to at least one of the preceding claims, characterized in that the wavelength interval is formed by the first wavelength λ 2 greater than the wavelength interval around the second wavelength λ 1 of 220 nm. Verfahren zur Herstellung eines reflektierenden Elementes nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die, die beiden Wechselschichtsysteme und die Übergangsschicht bildenden, einzelnen Schichten im Vakuum durch ionengestütztes Plasmaverdampfen der jeweiligen Oxide unter Zufuhr von Argon und Sauerstoff ausgebildet werden.Process for making a reflective Element according to one of the claims 1 to 9, characterized in that, the two alternating layer systems and the transition layer forming individual layers in vacuo by ion-assisted plasma evaporation formed of the respective oxides with the supply of argon and oxygen become. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffpartialdruck innerhalb einer Vakuumkammer in Abhängigkeit der jeweils auszubildenden Oxidschicht eingestellt wird.Method according to claim 10, characterized in that that the oxygen partial pressure within a vacuum chamber in dependence the respective oxide layer to be formed is adjusted. Verwendung eines reflektierenden Elementes nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Justierung eines optischen Resonators einer freie Elektronen-Laserstrahlquelle.Use of a reflective element after one of the claims 1 to 9 for adjusting an optical resonator of a free electron laser beam source.
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