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本发明提供一种HfO2/Al2O3多层膜反射镜及其制备方法,涉及X射线反射镜领域领域。该方法包括:对基底进行预处理;利用原子层沉积法在基底上沉积HfO2膜,并利用原子层沉积法在HfO2膜上沉积Al2O3膜,HfO2膜和Al2O3膜形成双层膜;在制得的双层膜上重复周期性制备若干组双层膜,得到HfO2/Al2O3多层膜反射镜。本发明首次提出将HfO2作为吸收层材料,Al2O3作为间隔层材料,通过原子层沉积法制备得到的多层膜粗糙度小,达到1nm以下;均匀性高,通过测试不同位置的厚度,均匀性在3%以下;制备的多层膜反射镜性能可靠、适用大规模推广,其反射率在0.001以上。