專利名稱：一種雙光柵平場譜儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及光譜測量技術領域。
光譜儀是物質的內部結構以及激光等研究中最重要的測量儀器之一，它被廣泛地應用于對原子、分子、等離子體和激光光譜的測量中。而譜儀采用掠入射方式的主要目的是為了提高波長較短光譜的接受效率。傳統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、微通道板等)平面定位和精確調整的難度，給時間分辨等光譜測量帶來了困難[2]。同時，由于象散問題，光譜線聚焦隨波長的變化很大，使得攝譜儀上的光譜成象存在較大的相差，影響了光譜測量的精度。為了克服以上問題，70年代初又出現了可以聚焦在平面上的變間距凹面光柵，并將其用于對激光等離子體的光譜測量[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。
參考文獻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.
本實用新型的目的是為了克服已有技術的缺點和不足，通過附加一個透射式或反射式光柵和在譜儀的前端附加一個可變曲率半徑的柱面反射鏡的方法來達到提高譜儀的接收效率、改善譜儀的成象效果并擴大攝譜范圍的目的。
本實用新型的目的是這樣實現的本實用新型首先對光柵的零級光進行再利用，通過在譜儀中增加一個透射式光柵的方法來增大可測量的波段范圍；其次通過在譜儀的前端附加一個曲率半徑可變的柱面鏡的方法來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經過譜儀的前光闌2到達一個曲率半徑可變(變化范圍500mm-6000mm)的柱面反射鏡3；此柱面反射鏡3與1200線/mm的凹面變柵距平場光柵6的入射軸成小角度(≤10°)結構，使得柱面反射鏡3與入射光保持掠入射的同時能夠最大限度的對入射光進行采集，以提高譜儀的接受效率；經過柱面反射鏡3匯聚后的光經過前濾光片4和后置光闌5到達掠入射凹面變柵距平場光柵6后，其一級譜經過后置X射線濾光片7被衍射成象到平場面上，則可測波段范圍內的光譜被軟X射線底片8接收；而其反射的零級光再經過1000線/mm的透射式光柵9的衍射使波長較長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光柵6，這樣便成為一個軟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探測器，條紋相機或微通道板。
為了提高紫外或可見波段的光譜分辨本領，透射式光柵9可換成高分辨本領的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的凹面變柵距平場光柵6也可根據需要換成2400線/mm的凹面變柵距平場光柵。
前濾光片4除了濾掉了大量泵浦激光的散射光外，還起到保護凹面變柵距平場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)分別對不同波長范圍的光譜進行色散，所以本實用新型具有極大的攝譜范圍(2nm～400nm)和很高的光譜分辨本領Δλ/λ＞1000。同時，由于前置柱面鏡的作用，這個實用新型的靈敏度也得到了大大的提高。
本實用新型具有大攝譜范圍(2nm～400nm)，高光譜分辨本領(Δλ/λ＞1000)。由于前置柱面反射鏡的曲率半徑可變，適于對不同光譜范圍、不同空間位置的等離子體發射進行空間分辨的光譜測量；且這種柱面反射鏡的造價低；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；同時具有極高的靈敏度，約比通常的平場光柵譜儀的靈敏度高10倍；在適當配置調節前置柱面鏡時，可同時提供空間分辨的信息，空間分辨率約為30μm。
以下結合附圖及實施例對本實用新型做進一步說明
圖1是本實用新型的雙光柵平場譜儀結構圖，圖2是實施例2的結構圖，圖3是實施例3的結構圖，圖4是實施例4的結構圖。
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、透射式光柵實施例1當所需測量的波段在5nm～40nm，而信號較弱(≤0.1Photons/μm2)時的應用實例。
按圖1所示，X射線輻射源1經過譜儀的前光闌2到達一個尺寸為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能夠最大限度的對入射光進行采集，以提高譜儀的接受效率；經過柱面反射鏡3匯聚后的光經過前濾光片4和后置光闌5到達掠入射凹面變柵距平場光柵6后，其一級譜經過后置X射線濾光片7被衍射成象到平場面上，則在5nm～40nm波段范圍內的光譜被軟X射線底片8接收；而其反射的零級光再經過1000線/mm的透射式光柵9的衍射使波長較長波段的光被分解成光譜，并成象在軟X射線底片8上(見圖1)。通過測量，其光譜分辨能力大于1000。
實施例2當所需測量的波段在5nm～400nm，而信號較強(≥10Photons/μm2)時的應用實例。
譜儀的其它結構及條件如實施例1，但取消了柱面反射鏡3，選用2000線/mm的透射式光柵(見圖2)，接收器換成CCD探測器。經測量，其光譜分辨能力大于1000。
實施例3當所需測量的波段在5nm～400nm，而信號較弱且光源尺寸較小(≤100μm)時的應用實例。
譜儀的其它結構及條件如實施例1，但柱面反射鏡3的曲率半徑為5600mm，采用2400線/mm的凹面變柵距平場光柵，柱面反射鏡與凹面變柵距平場光柵的入射軸為10°度，透射式光柵9換成1000線/mm的反射式光柵，(見圖3)，接收器為條紋相機。測量結構顯示，其光譜分辨能力大于1000。
實施例4譜儀的其它結構及條件如實施例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(見圖4)，接收器為微通道板。其光譜分辨能力大于1000。
權利要求1.一種雙光柵平場譜儀，其特征在于X射線輻射源(1)經過譜儀的前光闌(2)到達一個曲率半徑可變(變化范圍500mm-6000mm)的柱面反射鏡(3)；此柱面反射鏡與1200線/mm的凹面變柵距平場光柵(6)的入射軸成小角度(≤10°)結構；經過柱面反射鏡匯聚后的光經過前濾光片(4)和后置光闌(5)到達掠入射凹面變柵距平場光柵后，其一級譜經過后置X射線濾光片(7)被衍射成象到平場面上，則可測波段范圍內的光譜被軟X射線底片(8)接收；而其反射的零級光再經過1000線/mm的透射式光柵(9)的衍射使波長較長波段的光被分解成光譜，并成象在軟X射線底片(8)上。
2.按權利要求1所述的雙光柵平場譜儀，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.按權利要求1所述的雙光柵平場譜儀，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探測器，條紋相機或微通道板。
4.按權利要求1所述的雙光柵平場譜儀，其特征還在于透射式光柵(9)可換成高分辨本領的1000線/mm的反射式光柵。
5.按權利要求1所述的雙光柵平場譜儀，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.按權利要求1所述的雙光柵平場譜儀，其特征還在于1200線/mm的凹面變柵距平場光柵(6)可換成2400線/mm的凹面變柵距平場光柵。
專利摘要本實用新型涉及光譜測量技術領域。通過在平場譜儀中附加一個透射式或反射式光柵和在譜儀的前端附加一個可變曲率半徑的柱面反射鏡的方法來提高譜儀的接收效率、改善譜儀的成象效果并擴大攝譜范圍。本實用新型適于對不同光譜范圍、不同空間位置的等離子體發射進行空間分辨的光譜測量,造價低,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G01J3/18GK2368019SQ9921121
公開日2000年3月8日 申請日期1999年5月25日 優先權日1999年5月25日
發明者張 杰, 李英駿, 魏志義 申請人:中國科學院物理研究所