專利名稱：一種雙光柵平場(chǎng)譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光譜測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
光譜儀是物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及激光等研究中最重要的測(cè)量?jī)x器之一，它被廣泛地應(yīng)用于對(duì)原子、分子、等離子體和激光光譜的測(cè)量中。而譜儀采用掠入射方式的主要目的是為了提高波長(zhǎng)較短光譜的接受效率。傳統(tǒng)的掠入射攝譜儀通常采用Rowland凹面光柵，譜線被聚焦在具有較大象散特性的Rowland圓的某一部分上[1]。因此，攝譜儀或探測(cè)器平面必須被圓形地配置以便得到較好的成象，這加大了攝譜儀器(如條紋像機(jī)、微通道板等)平面定位和精確調(diào)整的難度，給時(shí)間分辨等光譜測(cè)量帶來(lái)了困難[2]。同時(shí)，由于象散問(wèn)題，光譜線聚焦隨波長(zhǎng)的變化很大，使得攝譜儀上的光譜成象存在較大的相差，影響了光譜測(cè)量的精度。為了克服以上問(wèn)題，70年代初又出現(xiàn)了可以聚焦在平面上的變間距凹面光柵，并將其用于對(duì)激光等離子體的光譜測(cè)量[3-5]。目前，在激光等離子體研究中廣泛使用的掠入射平場(chǎng)光柵譜儀普遍存在著接收效率低(一般小于10-5)、攝譜范圍窄(一般為3nm-30nm)的缺點(diǎn)。
參考文獻(xiàn)1.T.Namioka，J.Opt.Soc.Am，1959，49446；2.T.kita，T.Harada，and Appl.Opt.，1983，22512；3.J.Cordelle，J.Flamand，G.Pieuchard，and A.labeyrie，OpticalInstruments and Techniques，J.H.Dickson，Ed.(Oriel，Newcastle-upon-tyne，England，1970)，p.1174.R.J.Fonck，A.T.Ramsey，and R.V.Yelle.，Appl.Opt.，1982，212115；5.T.Harada，and T.kita，Appl.Opt.，1980，193987.
本實(shí)用新型的目的是為了克服已有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，通過(guò)附加一個(gè)透射式或反射式光柵和在譜儀的前端附加一個(gè)可變曲率半徑的柱面反射鏡的方法來(lái)達(dá)到提高譜儀的接收效率、改善譜儀的成象效果并擴(kuò)大攝譜范圍的目的。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型首先對(duì)光柵的零級(jí)光進(jìn)行再利用，通過(guò)在譜儀中增加一個(gè)透射式光柵的方法來(lái)增大可測(cè)量的波段范圍；其次通過(guò)在譜儀的前端附加一個(gè)曲率半徑可變的柱面鏡的方法來(lái)提高譜儀的接受效率，并改善了譜儀的成象效果。
X射線輻射源1經(jīng)過(guò)譜儀的前光闌2到達(dá)一個(gè)曲率半徑可變(變化范圍500mm-6000mm)的柱面反射鏡3；此柱面反射鏡3與1200線/mm的凹面變柵距平場(chǎng)光柵6的入射軸成小角度(≤10°)結(jié)構(gòu)，使得柱面反射鏡3與入射光保持掠入射的同時(shí)能夠最大限度的對(duì)入射光進(jìn)行采集，以提高譜儀的接受效率；經(jīng)過(guò)柱面反射鏡3匯聚后的光經(jīng)過(guò)前濾光片4和后置光闌5到達(dá)掠入射凹面變柵距平場(chǎng)光柵6后，其一級(jí)譜經(jīng)過(guò)后置X射線濾光片7被衍射成象到平場(chǎng)面上，則可測(cè)波段范圍內(nèi)的光譜被軟X射線底片8接收；而其反射的零級(jí)光再經(jīng)過(guò)1000線/mm的透射式光柵9的衍射使波長(zhǎng)較長(zhǎng)波段的光被分解成光譜，并成象在軟X射線底片8上。
在使用中也可不用透射式光柵9而保留凹面變柵距平場(chǎng)光柵6，這樣便成為一個(gè)軟X射線譜儀。
在使用中也可以取消可變曲率半徑的柱面反射鏡3而保留透射式光柵9。
作為接收器的軟X射線底片8也可以換成CCD探測(cè)器，條紋相機(jī)或微通道板。
為了提高紫外或可見(jiàn)波段的光譜分辨本領(lǐng)，透射式光柵9可換成高分辨本領(lǐng)的1000線/mm的反射式光柵。
1000線/mm的透射式光柵8也可換成2000線/mm或5000線/mm的透射式光柵。
1200線/mm的凹面變柵距平場(chǎng)光柵6也可根據(jù)需要換成2400線/mm的凹面變柵距平場(chǎng)光柵。
前濾光片4除了濾掉了大量泵浦激光的散射光外，還起到保護(hù)凹面變柵距平場(chǎng)光柵不被等離子體噴鍍和泵譜激光損傷的作用。由于使用了兩塊光柵(6和9)分別對(duì)不同波長(zhǎng)范圍的光譜進(jìn)行色散，所以本實(shí)用新型具有極大的攝譜范圍(2nm～400nm)和很高的光譜分辨本領(lǐng)Δλ/λ＞1000。同時(shí)，由于前置柱面鏡的作用，這個(gè)實(shí)用新型的靈敏度也得到了大大的提高。
本實(shí)用新型具有大攝譜范圍(2nm～400nm)，高光譜分辨本領(lǐng)(Δλ/λ＞1000)。由于前置柱面反射鏡的曲率半徑可變，適于對(duì)不同光譜范圍、不同空間位置的等離子體發(fā)射進(jìn)行空間分辨的光譜測(cè)量；且這種柱面反射鏡的造價(jià)低；因其接收立體角大，故適于飛秒激光等離子體等弱脈沖光源；同時(shí)具有極高的靈敏度，約比通常的平場(chǎng)光柵譜儀的靈敏度高10倍；在適當(dāng)配置調(diào)節(jié)前置柱面鏡時(shí)，可同時(shí)提供空間分辨的信息，空間分辨率約為30μm。
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的雙光柵平場(chǎng)譜儀結(jié)構(gòu)圖，圖2是實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)圖，圖3是實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)圖，圖4是實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)圖。
其中1、X射線輻射源 2、前光闌 3、可變曲率半徑的柱面反射鏡 4、前濾光片 5、后置光闌 6、凹面變柵距平場(chǎng)光柵 7、后置X射線濾光片 8、軟X射線底片9、透射式光柵實(shí)施例1當(dāng)所需測(cè)量的波段在5nm～40nm，而信號(hào)較弱(≤0.1Photons/μm2)時(shí)的應(yīng)用實(shí)例。
按圖1所示，X射線輻射源1經(jīng)過(guò)譜儀的前光闌2到達(dá)一個(gè)尺寸為80mm×20mm，曲率半徑為6000mm的柱面反射鏡3；為提高反射率，此柱面反射鏡3與1200線/mm的凹面變柵距平場(chǎng)光柵6的入射軸角度為3°度，使得柱面反射鏡3與入射光保持掠入射的同時(shí)能夠最大限度的對(duì)入射光進(jìn)行采集，以提高譜儀的接受效率；經(jīng)過(guò)柱面反射鏡3匯聚后的光經(jīng)過(guò)前濾光片4和后置光闌5到達(dá)掠入射凹面變柵距平場(chǎng)光柵6后，其一級(jí)譜經(jīng)過(guò)后置X射線濾光片7被衍射成象到平場(chǎng)面上，則在5nm～40nm波段范圍內(nèi)的光譜被軟X射線底片8接收；而其反射的零級(jí)光再經(jīng)過(guò)1000線/mm的透射式光柵9的衍射使波長(zhǎng)較長(zhǎng)波段的光被分解成光譜，并成象在軟X射線底片8上(見(jiàn)圖1)。通過(guò)測(cè)量，其光譜分辨能力大于1000。
實(shí)施例2當(dāng)所需測(cè)量的波段在5nm～400nm，而信號(hào)較強(qiáng)(≥10Photons/μm2)時(shí)的應(yīng)用實(shí)例。
譜儀的其它結(jié)構(gòu)及條件如實(shí)施例1，但取消了柱面反射鏡3，選用2000線/mm的透射式光柵(見(jiàn)圖2)，接收器換成CCD探測(cè)器。經(jīng)測(cè)量，其光譜分辨能力大于1000。
實(shí)施例3當(dāng)所需測(cè)量的波段在5nm～400nm，而信號(hào)較弱且光源尺寸較小(≤100μm)時(shí)的應(yīng)用實(shí)例。
譜儀的其它結(jié)構(gòu)及條件如實(shí)施例1，但柱面反射鏡3的曲率半徑為5600mm，采用2400線/mm的凹面變柵距平場(chǎng)光柵，柱面反射鏡與凹面變柵距平場(chǎng)光柵的入射軸為10°度，透射式光柵9換成1000線/mm的反射式光柵，(見(jiàn)圖3)，接收器為條紋相機(jī)。測(cè)量結(jié)構(gòu)顯示，其光譜分辨能力大于1000。
實(shí)施例4譜儀的其它結(jié)構(gòu)及條件如實(shí)施例1，但柱面反射鏡3的曲率半徑為500mm，透射式光柵選用5000線/mm的透射式光柵(見(jiàn)圖4)，接收器為微通道板。其光譜分辨能力大于1000。
權(quán)利要求1.一種雙光柵平場(chǎng)譜儀，其特征在于X射線輻射源(1)經(jīng)過(guò)譜儀的前光闌(2)到達(dá)一個(gè)曲率半徑可變(變化范圍500mm-6000mm)的柱面反射鏡(3)；此柱面反射鏡與1200線/mm的凹面變柵距平場(chǎng)光柵(6)的入射軸成小角度(≤10°)結(jié)構(gòu)；經(jīng)過(guò)柱面反射鏡匯聚后的光經(jīng)過(guò)前濾光片(4)和后置光闌(5)到達(dá)掠入射凹面變柵距平場(chǎng)光柵后，其一級(jí)譜經(jīng)過(guò)后置X射線濾光片(7)被衍射成象到平場(chǎng)面上，則可測(cè)波段范圍內(nèi)的光譜被軟X射線底片(8)接收；而其反射的零級(jí)光再經(jīng)過(guò)1000線/mm的透射式光柵(9)的衍射使波長(zhǎng)較長(zhǎng)波段的光被分解成光譜，并成象在軟X射線底片(8)上。
2.按權(quán)利要求1所述的雙光柵平場(chǎng)譜儀，其特征還在于可以取消可變曲率半徑的柱面反射鏡(3)，而保留透射式光柵(9)。
3.按權(quán)利要求1所述的雙光柵平場(chǎng)譜儀，其特征還在于作為接收器的軟X射線底片(8)也可以換成CCD探測(cè)器，條紋相機(jī)或微通道板。
4.按權(quán)利要求1所述的雙光柵平場(chǎng)譜儀，其特征還在于透射式光柵(9)可換成高分辨本領(lǐng)的1000線/mm的反射式光柵。
5.按權(quán)利要求1所述的雙光柵平場(chǎng)譜儀，其特征還在于1000線/mm的透射式光柵(9)可換成2000線/mm或5000線/mm的透射式光柵。
6.按權(quán)利要求1所述的雙光柵平場(chǎng)譜儀，其特征還在于1200線/mm的凹面變柵距平場(chǎng)光柵(6)可換成2400線/mm的凹面變柵距平場(chǎng)光柵。
專利摘要本實(shí)用新型涉及光譜測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。通過(guò)在平場(chǎng)譜儀中附加一個(gè)透射式或反射式光柵和在譜儀的前端附加一個(gè)可變曲率半徑的柱面反射鏡的方法來(lái)提高譜儀的接收效率、改善譜儀的成象效果并擴(kuò)大攝譜范圍。本實(shí)用新型適于對(duì)不同光譜范圍、不同空間位置的等離子體發(fā)射進(jìn)行空間分辨的光譜測(cè)量,造價(jià)低,適于弱脈沖光源,具有極高的靈敏度,并可提供空間分辨的信息。
文檔編號(hào)G01J3/18GK2368019SQ9921121
公開(kāi)日2000年3月8日 申請(qǐng)日期1999年5月25日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月25日
發(fā)明者張 杰, 李英駿, 魏志義 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院物理研究所