介绍
在许多领域中，X射线显微镜已经是一个标准工具。新型聚焦技术以及超亮度同步辐射源的发展促使其分辨率下降到1微米。空间分辨率的最终目标为10nm以下。目前该目标仍是一个较大的挑战。难点有两个：首先，要减小光斑体积：另一方面，也要改进集成后的显微镜机械结构以及温漂。通过多层劳厄镜片（MLL）可以解决第一个问题，而后者还是一个较大的难题。由于环境或者显微镜其他部件产生的温度抖动，机构有较大的机械漂移。然而紧凑式设计可以满足显微镜稳定性要求，如扫描探针显微镜（SPM），其分辨率为亚纳米。采用紧凑式设计，可以达到较高稳定性。紧凑式设计不仅增大自振频率，减小水平面积，同时也有效的抑制了温漂。因此，当要求纳米级分辨率是，在很多仪器设计中，紧凑的设计和较高的热稳定性是必须要遵循的原则。一个X射线显微镜比常规的SPM设计更为复杂。被测目标距离限制了减小体积的可能性。并且，因为光束和工件的稳定性会传递给样品，分辨率不仅依赖于样品的稳定性，所以最终也会受到光束和工件等因素的影响。跟SPM测量相比较，这个稳定性需要维持较长的时间周期。X射线显微镜为了达到纳米级分辨率，设计更为复杂。在整个设计过程中，元件和集成设备热漂和机械稳定性是需要特别注意的。E. Nazaretski 等人开始这种仪器的设计，并制定了相应的目标。他们需要一个，在亚纳米精度下，可以监控设备稳定性达数小时的工具。他们选择了IDS传感器。IDS传感器特殊的设计，可实现达亚纳米级精度的位移测量，并且在测量过程中有较高的稳定性。为了确认测量稳定性和分辨率，设计了两个实验进行相应的验证。
长时间稳定性测量
为了测量IDS3010长时间工作的漂移情况，他们搭建了一个50mm长腔。在腔的一端安装了一个反射镜，另一端是IDS聚焦镜。为了减小腔体温漂和热膨胀系数，这套设备安装在真空腔内，并且温度控制在液氮温度下。基于光纤设计的IDS传感器和超低温集成式聚焦镜是实验的首要条件。为了监控这套设备的温度，将一个被标定的温度传感器安装在腔体内。图1显示的是40小时采集到的数据。测量总漂移值为1.25nm。然而，由于采用了液氮进行冷却，这套设备的温度变化非常缓慢。通过图1 中面板a和b可以观测到温度和被测量腔长的关系。
分辨率测量
为了测量IDS3010的分辨率和内部噪声，搭建了一个特殊装置。采用一个小反射镜安装在一个配置了电容传感器高性能扫描器顶上。IDS3010三个聚焦镜安装在反射镜的三个方向上。聚焦镜和反射器的距离为25mm（图2）。为了减小声学的和机械噪声，以及温度和压力扰动，设备安装在一个双墙隔离箱内，并且用吸音薄膜包裹箱子外围。在确保稳定性的情况下，进行单步分别为1000pm，500pm，以及300pm的多步测量。通过电容传感器进行步长调节，采用干涉仪进行测量。单通道测量结果可以在图3中显示。两个通道的结果接近。干涉仪可以实现100Hz带宽下更小的步长测试。在温度和气压振动影响，（非封闭）常规环境下测得背景噪声小于1nm。
显微镜特性
在完成IDS3010传感器特性测量，采用该传感器测试MLL镜片稳定性。在显微镜上安装一个特殊的框架，可以夹持3个聚焦镜，实现三个方向上水平以及垂直MLL光学元件的温漂情况。在环境封闭的环境中，采用类似上述测量分辨率装置，安装在设备附近。在测试过程中，机构顶部的漂移，MLL镜片和基板的温度，房间的温度和气压都会受到监控。在温度较为敏感的Y方向上，总漂移量不超过10nm。在X方向漂移量为25nm，而Z方向（X光方向上），观察到的值为11nm。这个数据是在显微镜工作温度5 mK范围内获得的。加上温度气压的微小变动，由于空气折射率的变化，最小的温度漂移导致的微小位移量变化可以由干涉仪测得。而水平向MLL镜片测量结果也是一致的。
特性
为了使用X光，机构将会安装到钻石光源I13束线中。系统测试时，采用金测试样本完成电子束刻蚀。测量纹横穿金样1微米宽度。图4中显示两个方向上的扫描结果。数据采集的是L线中的金，像素大小为100nm，总采集时间为6小时。通过这个测试结果，得到了显微镜稳定性和分辨率值。针对数据采集结果可知，在两个方向上分辨率都为40nm，并且在总时间范围内稳定性小于45nm。
结论
E. Nazaretski等人基于40nm扫描式硬X射线荧光显微镜，建立了一个新式超稳定多层劳厄光学系统。为了搭建该设备，选用具有高分辨率，高稳定性的IDS传感器，测试了设备的机械漂移特性。根据测量结果，传感器工作40小时稳定性由于1.25nm，在一个可控环境内100Hz带宽下，分辨率高于300pm。根据采用IDS传感器进行测试，显微镜在实验室环境下，非常灵敏方向上，3小时测量周期内，稳定性优于10nm。证明了该显微镜具有非常高的空间分辨率。最后，将显微镜放置在X射线束中。通过测量横向金样本1微米宽度条纹，证明了在实际测量环境中，其优异的稳定性（6小时45nm）以及系统分辨率（40nm）。
