极紫外光用的闪烁体组件及应用、间接探测器系统

测量装置的制造及其应用技术1.本发明涉及光学技术领域，具体涉及极紫外光或软x射线用的闪烁体组件及其应用、间接探测器系统。背景技术：2.闪烁体是一种基于荧光转换原理的成像光学组件，可以将短波长的光转换成可见光，然后通过可见光图像传感器(ccd传感器/cmos传感器)对光斑成像。一直以来，闪烁体都是硬x射线间接式探测器最重要的光学组件。目前也被广泛应用在极紫外/软x射线光谱能区，是极紫外/软x射线光学研究领域以及极紫外/软x射线间接式探测器等探测设备的一个关键组件。3.闪烁体是一种新型的高能光学晶体，其基于荧光转换原理，可以与高能辐射(硬x射线/软x射线/euv/中子等)发生相互作用，将其转换为可见光，解决了高能辐射难以被直接采集成像的问题。4.在极紫外/软x射线光谱能区，常用的探测器有两种：直接式探测器和间接式探测器。闪烁体是极紫外/软x射线间接式探测器最关键的光学组件之一。这种极紫外/软x射线间接式探测器解决了直接式探测器价格昂贵以及在诸如自由电子激光器等强光源下因探测器动态范围不足造成的饱和等问题，近年来被越来越多的国内外研究机构广泛应用在极紫外光源探测、极紫外掩模检测、软x射线水窗/碳窗探测、以及日冕探测等领域。5.常规的闪烁体光学组件的结构主要由覆盖层和闪烁体两部分组成，覆盖层的作用主要有两点，分别是：(1).覆盖层前表面可以阻挡入射光中的可见光成分进入光学耦合系统而被可见光图像传感器收集，避免其对待测光斑尺寸、光强等参数的准确性产生影响；(2).覆盖层后表面可以反射经过闪烁体转换后的可见光中向后传播的部分，能够提高进入光学耦合系统的可见光光子数，增加探测器系统的探测效率。传统的覆盖层材料广泛采用al材料。一直以来，人们都是通过寻找转换效率更高的闪烁体材料来实现探测效率的提高，忽略了通过降低覆盖层损耗来实现探测效率提升，现有技术中采用al材料作为覆盖层，对极紫外光的吸收较高，照射到闪烁体上的极紫外光较少，而降低了极紫外光的转换效率。技术实现要素：6.本发明的目的是至少解决现有技术中闪烁体的覆盖层对极紫外光吸收较高而降低了极紫外光的转换效率的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：7.本发明的第一方面提出了一种极紫外光用闪烁体组件，包括：8.闪烁体；9.覆盖层，设置在所述闪烁体入光一侧表面，所述覆盖层在可见光下的反射率大于或等于20％，在极紫外光照射下所述覆盖层的衰减深度大于或等于40nm。10.根据本发明的一种极紫外光用闪烁体组件，本发明将覆盖层对可见光的反射率大于20％。而对极紫外光照射下的衰减深度大于40nm，相比al作为覆盖层可降低对极紫外光的吸收，进一步提高了闪烁体组件的转换效率。11.另外，根据本发明的一种极紫外光用闪烁体组件，还可具有如下附加的技术特征：12.在本发明的一些实施例中，所述覆盖层包括由mo、ru、nb、tisi2、mosi2、nbsi2、zrsi2、ru2si3、moo2、zro2、moo3、ruo2所形成的膜层中的至少一种。13.在本发明的一些实施例中，所述覆盖层的厚度为20nm-200nm。14.在本发明的一些实施例中，所述覆盖层的衰减深度大于或等于80nm。15.在本发明的一些实施例中，所述反射率大于40％。16.在本发明的一些实施例中，所述闪烁体组件还包括增透膜，所述增透膜设置在所述闪烁体出光一侧的表面。17.在本发明的一些实施例中，所述闪烁体为有机闪烁体或无机闪烁体。18.本发明的第二方面提出了一种极紫外光用闪烁体组件应用，所述极紫外光用闪烁体组件应用于波长为10nm-40nm的极紫外光。19.根据本发明的一种极紫外光用闪烁体组件应用，闪烁体组件应用在波长为10nm-40nm的极紫外光下，相比al作为覆盖层可更加明显地降低对极紫外光的吸收。20.本发明的第三方面提出了一种间接探测器系统，包括第一方面所述的闪烁体组件。21.在本发明的一些实施例中，所述间接探测器系统还包括光耦合系统和可见光图像传感器；其中，所述光耦合系统用于接收所述闪烁体组件所发出的荧光并将荧光传输给所述可见光传感器。附图说明22.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：23.图1示意性地示出了现有技术中al作为覆盖层时极紫外光的光强衰减与覆盖层厚度关系的曲线图；24.图2示意性地示出了本发明闪光体组件一实施例的整体结构示意图；25.图3示意性地示出了本发明闪光体组件一实施例中ti作为覆盖层时极紫外光的光强衰减与覆盖层厚度关系的曲线图；26.图4示意性地示出了本发明闪光体组件一实施例中zr作为覆盖层时极紫外光的光强衰减与覆盖层厚度关系的曲线图；27.图5示意性地示出了本发明闪光体组件一实施例中多种材料作为覆盖层时极紫外光的光强衰减与覆盖层厚度关系的曲线图；28.图6示意性地示出了本发明间接探测器系统一实施例的结构示意图。29.附图标记如下：30.10、闪光体组件；20、光耦合系统；30、可见光图像传感器；11、覆盖层；12、闪光体；13、增透膜。具体实施方式31.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。32.应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。33.尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。34.为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。35.根据本发明的实施方式，提出了一种极紫外光用闪烁体组件，如图2所示，可至少包括闪烁体12和覆盖层11；其中，覆盖层11设置在闪烁体入光一侧表面，覆盖层11在可见光下的反射率大于或等于20％，在极紫外光照射下覆盖层11的衰减深度大于或等于40nm。覆盖层11可通过镀膜的方式附着在闪烁体12表面。36.在极紫外/软x射线光谱能区，材料的折射率n*为：37.n*＝1-α+iβꢀꢀ(1)38.其中，1-α为吸收性介质的折射率，i为虚数，β为虚部的吸收项。39.设垂直入射极紫外/软x射线辐射透过镀在闪烁体材料上的覆盖层厚度为t，则在该z＝t参考面上辐射强度为：[0040][0041]其中，为入射光强度，λ为光的波长，t为覆盖层的厚度，β为虚部的吸收项。[0042]在可见光光谱能区，材料的折射率n*′为：[0043]n*′＝n+ikꢀꢀ(3)[0044]其中，n为吸收性介质的折射率，k为虚部的吸收项，i为虚部。[0045]由菲涅尔公式得：在界面处，可见光垂直入射覆盖膜时，覆盖膜对可见光的反射率r为：[0046][0047]其中，n*"为复折射率，可见光在真空中的复折射率为1；k为虚部的吸收项；n为吸收性介质的折射率；n*′为可见光光谱能区材料的折射率。[0048]可参照图1、图3、图4，将al、ti和zr在极紫外光(13.5nm)和可见光(550nm)的复折射率带入带入上述公式计算，可得出al作为覆盖层对可见光的反射率为91.5％，ti作为覆盖层对可见光的反射率为58.2％，zr作为覆盖层对于可见光的反射率为30.7％。通过计算可知al的反射率最高，而al作为覆盖层对极紫外光的衰减深度为36nm，ti作为覆盖层对极紫外光的的衰减深度为75.75nm，zr作为覆盖层对极紫外光的的衰减深度为285.94nm，由此可知，ti和zr作为覆盖层时对极紫外光的衰减深度比al大，也就是说对极紫外光的吸收比al少，通过覆盖层进入闪烁体的极紫外光的强度比al大。[0049]下面示例性地列举一些材料作为覆盖层时，根据光强深度与覆盖层厚度的关系得出衰减深度，衰减深度为光强从100％到1/e时所对应的覆盖层厚度。具体可参照图5，为不同材料下光强随覆盖层厚度变化的曲线，图中a1曲线为al作为覆盖层时光强与覆盖层厚度的关系曲线；a2曲线为ruo2作为覆盖层时光强深度与覆盖层厚度的关系；a3曲线为ru作为覆盖层时光强深度与覆盖层厚度的关系；a4曲线为mno2作为覆盖层时光强深度与覆盖层厚度的关系；a5曲线为mno3作为覆盖层时光强深度与覆盖层厚度的关系；a6曲线为zro2作为覆盖层时光强深度与覆盖层厚度的关系；a7曲线为ti作为覆盖层时光强深度与覆盖层厚度的关系；a8曲线为tisi2作为覆盖层时光强深度与覆盖层厚度的关系；a9曲线为rusi2作为覆盖层时光强深度与覆盖层厚度的关系；a10曲线为mo作为覆盖层时光强深度与覆盖层厚度的关系；a11曲线为nb作为覆盖层时光强深度与覆盖层厚度的关系；a12曲线为mno2作为覆盖层时光强深度与覆盖层厚度的关系；a13曲线为zr作为覆盖层时光强深度与覆盖层厚度的关系；a14曲线为nbsi2作为覆盖层时光强深度与覆盖层厚度的关系；a15曲线为zrsi2作为覆盖层时光强深度与覆盖层厚度的关系。[0050]在本发明的一些实施例中，所述覆盖层包括由mo、ru、nb、tisi2、mosi2、nbsi2、zrsi2、ru2si3、moo2、zro2、moo3、ruo2所形成的膜层中的至少一种，下面示例性地列举几种。[0051]在本发明的一些实施例中，如图5所示，覆盖层可以为mo所形成的膜层，通过计算得到在极紫外波段mo作为覆盖层光强衰减与材料厚度关系，其衰减深度为166.93nm，相比al材料，提高了4.61倍。同时其在可见光下的反射率为95.90％，相比zr材料，提高了3.12倍，也比al在可见光下的反射率高。[0052]在本发明的一些实施例中，如图5所示，覆盖层可以为ru所形成的膜层，通过计算得到在极紫外波段ru作为覆盖层光强衰减与材料厚度关系，其衰减深度为62.95nm，相比al材料，提高了1.74倍。同时其在可见光下的反射率为68.30％，虽然反射率与al材料相比有所降低，但是相比zr材料，提高了2.22倍。[0053]在本发明的一些实施例中，如图5所示，覆盖层可以为nb所形成的膜层，通过计算得到在极紫外波段nb作为覆盖层光强衰减与材料厚度关系，其衰减深度为206.76nm，相比al材料，提高了5.71倍。同时其在可见光下的反射率为50.50％，虽然反射率与al材料相比有所降低，但是相比zr材料，提高了1.64倍。[0054]在本发明的一些实施例中，如图5所示，覆盖层可以为nbsi2所形成的膜层，通过计算得到在极紫外波段nbsi2作为覆盖层光强衰减与材料厚度关系，其衰减深度为297.16nm，相比al材料，提高了8.20倍。同时其在可见光下的反射率为55.10％，虽然反射率与al材料相比有所降低，但是相比zr材料，提高了1.79倍。[0055]在本发明的一些实施例中，如图5所示，覆盖层可以为tisi2所形成的膜层，通过计算得到在极紫外波段tisi2作为覆盖层光强衰减与材料厚度关系，其衰减深度为127.18nm，相比al材料，提高了3.5倍。同时其在可见光下的反射率为44.40％，虽然反射率与al材料相比有所降低，但是相比zr材料，提高了1.45倍。[0056]在本发明的一些实施例中，如图5所示，覆盖层可以为mosi2所形成的膜层，通过计算得到在极紫外波段mosi2作为覆盖层光强衰减与材料厚度关系，其衰减深度为247.95nm，相比al材料，提高了6.85倍。[0057]在本发明的一些实施例中，如图5所示，覆盖层可以为zrsi2所形成的膜层，通过计算得到在极紫外波段zrsi2作为覆盖层光强衰减与材料厚度关系，其衰减深度为335.51nm，相比al材料，提高了9.26倍。[0058]在本发明的一些实施例中，如图5所示，覆盖层可以为ru2si3所形成的膜层，通过计算得到在极紫外波段ru2si3作为覆盖层光强衰减与材料厚度关系，其衰减深度为128.50nm，相比al材料，提高了3.55倍。[0059]在本发明的一些实施例中，如图5所示，覆盖层可以为moo2所形成的膜层，通过计算得到在极紫外波段moo2作为覆盖层光强衰减与材料厚度关系，其衰减深度为63.87nm，相比al材料，提高了1.76倍。[0060]在本发明的一些实施例中，如图5所示，覆盖层可以为zro2所形成的膜层，通过计算得到在极紫外波段zro2作为覆盖层光强衰减与材料厚度关系，其衰减深度为71.73nm，相比al材料，提高了1.98倍。[0061]在本发明的一些实施例中，如图5所示，覆盖层可以为moo3所形成的膜层，通过计算得到在极紫外波段moo3作为覆盖层光强衰减与材料厚度关系，其衰减深度为70.34nm，相比al材料，提高了1.94倍。[0062]在本发明的一些实施例中，如图5所示，覆盖层可以为ruo2所形成的膜层，通过计算得到在极紫外波段ruo2作为覆盖层光强衰减与材料厚度关系，其衰减深度为49.88nm，相比al材料，提高了1.38倍。[0063]通过上述所列举的覆盖层的材料可知，mo、ru、nb作为覆盖层要比它们的氧化物在极紫外光下的衰减深度大，即对极紫外光的吸收较低，而反射率不同，在闪烁体上会产生不同大小的光斑，在光源检测领域产生检测误差，反射率越高，在闪烁体上的光斑越小，因此要减速可见光照射到闪烁体上，在本发明一实施例中，覆盖层对可见光的反射率可大于40％，具体可根据应用的领域选择不同的材料进行使用，上述mo作为覆盖层时，反射率达到95.9％，衰减深度为166.93nm，整体性能参数均比较高，可作为本发明的最佳实施例。[0064]在本发明一实施例中，如图5所示，覆盖层的厚度为20nm-200nm之间，通过不同材料的厚度与相对光强的曲线关系可知，20nm-200nm之间相对光强的数值较高，即在这个厚度下可以降低覆盖层对极紫外光的吸收，覆盖层如果过厚不仅利于极紫外光的吸收，同时还产生大量热量，不利于转换效率的提高，如果覆盖层过薄，可见光的反射率会相对较低，会增加一部分可见光照射到闪光体上，影响光斑的分辨率。[0065]在本发明一实施例中，覆盖层的衰减深度大于或等于80nm，可进一步降低覆盖层对极紫外光的吸收，例如，覆盖层的材料可以为mo、nb、nbsi2等。[0066]在本发明一实施例中，覆盖层的反射率大于40％。例如,覆盖层的材料可以为mo、nb、nbsi2、tisi2等。[0067]在本发明一实施例中，覆盖层的反射率大于或等于90％，覆盖层的材料可以为mo。[0068]在上述改进的基础上，在闪烁体12出光一侧的表面还设有增透膜13，可提高极紫外光在闪烁体上产生的荧光透光率，降低荧光的损耗，进一步提高闪烁体组件的转换效率。[0069]本发明实施例中的闪烁体可以为有机闪烁体或无机闪烁体。[0070]根据本发明的实施方式，还提出了一种极紫外光用闪烁体组件应用，上述极紫外光用闪烁体组件应用于波长为10nm-40nm的极紫外光，可更加明显的降低覆盖层对极紫外光的吸收。当然本发明并不限于上述应用，也可以应用在软x光或真空紫外光的照射小，对光波的吸收均较少。[0071]如图6所示，根据本发明的实施方式，还提出了一种间接探测器系统，包括上述的闪烁体组件10；具体还可包括光耦合系统20和可见光图像传感器30；其中，光耦合系统20用于接收闪烁体组件10所发出的荧光并将荧光传输给可见光传感器30。[0072]极紫外光/软x射线透过闪烁体，会与闪烁体材料发生相互作用，进而产生可见光，可见光会向4π立体角散射，一部分可见光会被光学耦合系统收集，并在可见光图像传感器上成像。对上述覆盖层进行改进，降低覆盖层对极紫外光的吸收率，提高了闪烁体组件的转换效率，进一步提高了极紫外/软x射线间接式探测器探测效率。[0073]以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。









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