Multilayer-Optiken für das »Wasserfenster«

Im ausgehenden 19. Jahrhundert entwickelte Ernst Abbe die Theorie der Lichtmikroskopie. Zusammen mit Carl Zeiss konstruierte er das erste beugungsbegrenzte Mikroskop im Jahre 1886, dessen Auflösung durch die Lichtwellenlänge begrenzt war. Erst die Verfügbarkeit leistungsfähiger Röntgenoptiken sowie Röntgenquellen ermöglichen seit wenigen Jahren die Entwicklung kompakter Röntgenmikroskope für das »Wasserfenster«.

Dieser Wellenlängenbereich zwischen den K-Absorptionskanten von Sauerstoff (λ(O2) = 2,3 nm) und Kohlenstoff (λ(C) = 4,4 nm) ermöglicht die in-vivo-Abbildung biologischer Objekte mit einer Auflösung < 30 nm. Für die Mikroskopie wird ein sphärischer Multilayer-Kollektorspiegel als Beleuchtungsoptik verwendet, während die Abbildung und Vergrößerung des Objekts mit einer Fresnel-Zonenplatte realisiert wird. Da die Belichtungszeit zu untersuchender Objekte direkt proportional zur Reflektivität des Kollektorspiegels ist, wird eine möglichst hohe Reflektivität entscheidend für die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems. Am Fraunhofer IOF werden Cr/Sc Multilayer als Beschichtung für Röntgenmikroskopkollektoren verwendet. Eine Reflektivität von 20,2 % @ 3,12 nm wurde mit barriereoptimierten Cr/Si-Systemen erreicht.

Cr/Sc Multilayer wurden für eine Wellenlänge von 3,374 nm und einem Einfallswinkelbereich von 0,6° bis 1,5° durch Magnetronsputtern auf  sphärischen Substraten mit einem Durchmesser von 58 mm abgeschieden. Die Röntgenreflexion des Kollektors wurde für verschiedene Radien  gemessen. Durch Optimierung des Multilayerdesigns sowie des Beschichtungsprozesses wurde eine Reflektivität von über 4,0 % @ 3,374 nm erreicht. Die Verbesserung des Kontrastes eines speziellen Elements kann durch die Abbildung bei zwei verschiedenen Wellenlängen erreicht werden. Die entsprechenden Wellenlängen können aus dem Spektrum durch unterschiedliche Kollektorbeschichtungen gefiltert werden.

Durch Optimierung des Multilayerdesigns sowie des Beschichtungsprozesses wurden Reflektivitäten von 4,0 % @ 3,435 nm und 3,5 % @ 3,745 nm erreicht.