Rev. Phys. Appl. (Paris) 23, 1631-1644 (1988)
DOI: 10.1051/rphysap:0198800230100163100

Design of X-UV multilayers for high X-ray flux

L.V. Knight¹, J.M. Thorne¹, A. Toor² et T.W. Barbee<sup>2

1</sup>  Departments of Physics and Chemistry, Brigham Young University, Provo, Utah 84602, U.S.A.
²  Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, California 94550, U.S.A.

Abstract
Many promising applications for multilayer X-ray optical elements - X-ray laser cavities, plasma diagnostics, synchrotron optics, etc. - subject them to intense X radiation. This paper discusses the initial attempts at understanding the physical processes that are likely to degrade the performance of multilayer X-ray mirrors, the selection of optimal pairs of materials to resist heat damage, methods - including simple analytic, semianalytic models and hydrodynamic code simulations - of estimating multilayer performance under extreme heat loading, and finally experimental data is presented, discussed, analyzed and compared with predictions. For example W/C, V/C, and WC/C multilayers subjected to X-ray fluxes on the order of 150 MW cm-2 using laser generated plasma maintain near peak reflectivity for at least 1 ns, but are eventually destroyed. Considerably more theoretical and experimental study at higher incident fluxes will be required before our understanding is sufficient to routinely design optimal multilayer mirrors for a particular high flux application. It also appears that the experimental techniques developed in the study of robust multilayers may be useful for the investigation of processes important in materials.

Résumé
Les cavités de laser X, les diagnostics de plasmas et les optiques pour les sources synchrotrons sont quelques exemples d'applications envisagées des multicouches X-UV où les flux à réfléchir sont intenses. Cet article passe en revue les processus physiques qui diminuent les performances des miroirs, le choix des couples de matériaux les plus résistants à l'échauffement, les méthodes employant des modèles analytiques ou semi analytiques ainsi que les codes hydrodynamiques permettant de prédire les performances sous flux intenses. Des résultats expérimentaux sont présentés, analysés et comparés avec les prévisions. Par exemple des miroirs interférentiels en W/C, V/C et WC/C conservent leur réflectivité pendant environ 1 ns lorsqu'ils sont soumis à des flux de l'ordre de 150 MW cm-2 à l'aide de plasmas crées par laser. Suivant l'application particulière envisagée, des études expérimentales et théoriques complémentaires sont nécessaires. Les techniques développées pour de tels miroirs devraient aussi permettre d'étudier des processus importants dans les matériaux.

PACS
0785 - X ray, gamma ray instruments and techniques.
4278C - Optical lens and mirror design.
4278F - Performance and testing of optical systems.

Key words
mirrors -- optical design techniques -- optical films -- optical testing -- X ray apparatus -- X ray optics -- high X ray flux materials -- X UV multilayers -- X ray laser cavities -- plasma diagnostics -- synchrotron optics -- multilayer X ray mirrors -- heat damage -- laser generated plasma -- reflectivity -- W C -- WC C -- V C