Multilayer diffraction gratings with broadband efficiency in the extreme ultraviolet
Réseaux de diffraction multicouches efficaces sur une large bande passante dans l'extreme ultraviolet
Résumé
Recently, the development of high-density multilayer optical gratings has allowed for increased efficiency and spectral resolution in the extreme ultraviolet (EUV) spectral range, enabling the realization of ultra-high-resolution spectrometers and spectro-imagers for solar observation. This thesis presents an experimental and modeling study of high-density EUV multilayer gratings to optimize diffraction efficiency in a wavelength range from 17nm to 30nm. This work is part of the development of a EUV spectro-imager for the Japanese Solar-C mission. The magnetron sputtering technique was used to deposit Al/Mo/SiC multilayers optimized for various wavelength ranges on lamellar gratings (~4000 lines/mm) with depths ranging from 5nm to 20nm. All samples were characterized before and after multilayer deposition using atomic force microscopy (AFM) and grazing incidence X-ray reflectometry (GIXR) at 8.05 keV. The evolution of the surface profile with an increasing number of deposited layers was observed through AFM measurements and confirmed by cross-sectional analysis using transmission electron microscopy. The EUV diffraction efficiency of the multilayer gratings was measured in different orders using synchrotron radiation (XUV metrology beamline of the SOLEIL synchrotron). The obtained results are in excellent agreement with numerical simulations performed using rigorous coupled-wave analysis (RCWA), incorporating the structural parameters determined by AFM and GIXR. The measured first-order efficiency at normal incidence reached 8.1% in the spectral range of 17-21 nm, surpassing the efficiency of the grating used in the previous Solar B mission. Moreover, the use of aperiodic multilayer stacks on the grating demonstrated high efficiencies over an extended wavelength range. This work paves the way for the development of high-performance instruments for EUV spectroscopy with increased resolution or spectro-imaging applications.
Récemment le développement de réseaux optiques multicouches à forte densité de traits a permis d'augmenter l'efficacité et la résolution spectrale dans le domaine spectral extrême ultraviolet (EUV) permettant la réalisation de spectromètres à ultra-haute résolution et des spectro-imageurs pour l'observation solaire. Cette thèse présente une étude expérimentale et de modélisation de réseaux multicouches EUV à haute densité de traits afin d'optimiser l'efficacité de diffraction dans une gamme de longueur d'onde s'étendant de 17nm à 30 nm. Ce travail se situe dans le cadre du développement du spectro-imageur EUV de la mission japonaise Solar-C. La technique de pulvérisation cathodique magnétron a été utilisée pour déposer des multicouches Al/Mo/SiC optimisées pour diverses plages de longueur d'onde sur des réseaux lamellaires (~4000 traits/mm) avec des profondeurs comprises entre 5 et 20 nm. Tous les échantillons ont été caractérisés avant et après le dépôt des multicouches par microscopie à force atomique (AFM) et par réflectométrie de rayons X en incidence rasante (GIXR) à 8,05 keV. L'évolution du profil de surface avec l'augmentation du nombre de couches déposées a été observée grâce aux mesures AFM, et confirmée par l'analyse de coupes transversales par microscopie électronique en transmission. L'efficacité de diffraction dans l'EUV des réseaux multicouches a été mesurée dans différents ordres sur rayonnement synchrotron (ligne de métrologie XUV du synchrotron SOLEIL). Les résultats obtenus sont en excellent accord avec les simulations numériques, obtenues par une analyse rigoureuse en ondes couplées (RCWA), qui incorporent les paramètres structuraux déterminés par AFM et GIXR. L'efficacité au premier ordre mesurée en incidence normale a atteint 8.1% sur la plage spectrale 17-21 nm ce qui est supérieure à l'efficacité du réseau utilisé dans la précédente mission Solar B. De plus, l'utilisation d'empilement multicouche apériodique sur le réseau a montré des efficacités élevées sur une plage de longueur d'onde étendue. Ce travail ouvre la voie au développement d'instruments aux performances accrues pour la spectrométrie EUV à haute résolution ou les applications de spectro-imagerie.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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