專利名稱：消像散掠入射凹面光柵單色器的制作方法
技術領域：
本發明屬于光學技術領域，涉及短波段光學領域中消像散成像、定向角不變、抑制高級次光譜的掠入射凹面光柵單色器系統。
在短波段領域，要獲得50nm以下的真空紫外及軟X線光譜，需要掠入射單色器，最常用的是采用工作于羅蘭圓上掠入射凹面光柵單色器，它的入縫、出縫和凹面光柵頂點處于一個以凹面光柵曲率半徑為直徑的園上，這時可在子午面上獲得良好的象質，而弧矢面上成像確有較大的離散，這種系統的缺點是像散極為嚴重。
本發明的目的是在短波波段獲得一種消像散的單色器。
本發明的詳細內容
圖1和圖2所示它包括入射狹縫1、凹面光柵2、出射狹縫3、聚焦鏡4，其特點是聚焦鏡4的匯聚光束照射在凹面光柵2上，凹面光柵2的色散光束成像在出射狹縫3中，凹面光柵2的負物距r與凹面光柵2的像距r’相等。凹面光柵2的色散光束照射在反射鏡5的反射面上，反射鏡5反射的光束成像在出射狹縫3中。
來自被測光源的光，由入射狹縫1經聚焦鏡4聚焦后，形成一個消像散點F，此點位于凹面光柵2之后，而與凹面光柵2頂點O的距離為r。F點相對于凹面光柵2則為負物距點，形成F點的光束，經凹面光柵2衍射后，在出射狹縫3處得到被測光源消像散的光譜成像，出射狹縫3與凹面光柵2頂點O的距離為r’。由凹面光柵理論，單色器在掃描過程中，應使凹面光柵子午聚焦項為零，在上述情況下，采用凹面光柵負物距工作，同時r＝r’，并令r’/R＝C為一常數(R是凹面光柵的曲率半徑)，得到cosβ-cosα＝C……(1)考慮到凹面光柵基本衍射方程，得到此系統的掃描方程為Nmλ＝sinα-sin(arccos(cosα+C))……(2)以上兩個式中α為凹面光柵的入射角，β為凹面光柵的衍射角，N為刻線密度，m為級次，λ為出射狹縫處光譜波長。式(2)指出了本系統光譜輸出波長λ與入射角α的關系式。當α改變時，λ也隨之發生改變。在系統工作中，只需旋轉凹面光柵2，改變入射角α，并使出射狹縫3以凹面光柵2的頂點O為圓心，沿以r’為半徑并在滿足方程(1)和(2)的條件下，作圓周運動，在出射狹縫3處即可獲得入射狹縫1處光的不同光譜成份。
圖2在圖1的基礎上加入反射鏡5，其工作過程凹面光柵滿足(1)和(2)兩式條件下，其繞自身頂點O轉動，同時轉動和平移反射鏡5將不同波長的衍射光以固定方向從出射狹縫3中射出，r1+r2＝r。出射狹縫3可固定不動，組成一個可定偏向輸出的掠入射單色器，適合于在同步輻射光束線等大型裝置中應用。
本發明的積極效果基于凹面光柵在滿足像距等于物距條件下的負物距工作的單色器，其優點是(1)系統具有消像散能力，由弧矢光束聚焦方程可推出羅蘭圓式掠入射單色器像散可表示為l＝Hcosβ(tgα·sinα+tgβsinβ)……(3)，l即為像散線段長度，H為凹面光柵有效刻線高度。本發明系統像散可表達為l＝H(2C·COSα+C2)，根據實際情形，當H為50mm，α為86°，β為84°，C選為0.0347時，計算可得，羅蘭圓式掠入射單色器的像散l達124mm，而本發明系統像散l僅為0.302mm，與已有技術相比相差近400倍，由此可以看出本發明的單色器系統具有消像散能力。
(2)單色器在掃描過程中其定向角θB＝1/2(α-β)基本不變，由式(2)及定向角θB定義式得到Nmλ＝2sinθBcos(α-θB)，同時考慮掃描過程要滿足式(1)，在C選擇為0.0347時，當α從80°變化至89°中，θB只從1.01°變為0.994°而基本不變，這樣本發明在整個工作譜段都可獲得高通量輸出。
(3)合理選擇本發明的結構參數，還可使本發明具有抑制高級次光譜的能力。
本發明可以應用在同步輻射裝置或其它短波段的光譜分析中，能以較高分辨率和高輸出通量方式工作，這是現有其它掠入射凹面光柵單色器系統難以達到的。
圖1是本發明結構示意圖和一個實施例。
圖2是本發明結構示意圖和一個實施例。
圖1示入射狹縫1和出射狹縫3采用普通直狹縫，出射狹縫3根據掃描方程(1)和(2)以凹面光柵頂點O為圓心，以r’為半徑作圓周運動。凹面光柵2采用機電結構且根據掃描方程(2)驅動凹面光柵2繞自身頂點O轉動，凹面光柵可采用凹球面光柵或凹柱面光柵。聚焦鏡4可選用橢球鏡或超環面反射鏡。
圖2示在凹面光柵2后加反射鏡5，在工作波段范圍內旋轉并平移反射鏡5。則可組成一個定偏向輸出的掠入射單色器。反射鏡5可選用平面反射鏡，此時r＝r’，r’≈r1+r2。
權利要求
1.一種消像散掠入射凹面光柵單色器，包括入射狹縫1、凹面光柵2、出射狹縫3，其特征在于聚光鏡4的匯聚光束照射在凹面光柵2上，凹面光柵2的色散光束成像在出射狹縫3中，凹面光柵2的負物距r與像距r’相等。
2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于凹面光柵2的色散光束照射在反射鏡5的反射面上，反射鏡5反射的光束成像在出射狹縫3中。
全文摘要
本發明屬于光學技術領域,涉及短波段光學領域中消像散成像、定向角基本不變、抑制高級次光譜的掠入射凹面光柵單色器系統。已有技術中采用工作于羅蘭圓上掠入射凹面光柵單色器,其特點是像散極為嚴重。本發明采用狹縫、凹面光柵、聚焦鏡和反射鏡組成,其特點是采用凹面光柵的負物距r與像距r’相等。本發明可在同步輻射裝置或其它短波段光譜分析中能以較高分辨率和高輸出通量方式工作,可獲得消像散成像。
文檔編號G01J3/12GK1193748SQ9710069
公開日1998年9月23日 申請日期1997年3月14日 優先權日1997年3月14日
發明者盧啟鵬 申請人:中國科學院長春光學精密機械研究所