專利名稱：真空紫外時空分辨光譜儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種真空紫外光譜儀。
在真空紫外(VUV)尤其是極紫外(XUV)光譜區，由于沒有適合于制造透鏡光學系統的透明材料，并且在不大的入射角下金屬反射鏡的反射系數也非常低，因此只能采用凹球面光柵作為色散元件。與平面光柵譜儀相比較，凹球面光柵光譜儀的顯著優點是只有一個反射面，從而最大限度地減少了反射損失，但缺點也同樣突出，這就是由于像散，基本上喪失了空間分辨能力。因此，同時進行真空紫外光譜的時間、空間分辨測量便始終成為光學測量領域的難題之一。
而另一方面，在磁約束托卡馬克等離子體中，伴隨著加熱手段的改善和離子溫度的升高，雜質離子因被多次電離而形成高離化態光譜，并且強輻射線大都落在真空紫外區域，因此真空紫外光譜的時空分辨測量就成為托卡馬克等離子體雜質輸運行為研究不可缺少的重要手段。目前在多數托卡馬克裝置上，仍普遍采用真空紫外譜儀前置反射鏡技術，通過逐次掃描的方式獲取等離子體不同空間的輻射信息，但這種方法的前提是依賴托卡馬克的連續重復放電，而實際上由于等離子體的微觀行為非常復雜，連續的完全重復放電通常難以實現，因此這就決定了上述方法存在較大的測量誤差。可見，在這一領域內，對于能同時進行真空紫外光譜的時間、空間分辨測量的“時空分辨光譜儀”的需要是很迫切的。
本實用新型的目的就是為了解決以上問題，提供一種真空紫外時空分辨光譜儀，可以對連續或脈沖光源實現真空紫外光譜的時空分辨測量。
本實用新型實現上述目的的方案是一種真空紫外時空分辨光譜儀，包括入射狹縫S1、光柵G和出射狹縫S2，其特征是所述光柵G是柱面光柵，柱面光柵的刻劃面為其凹面，入射狹縫S1和出射狹縫S2平行于所述柱面光柵G的母線，多個水平放置的隔板均勻地將入射狹縫S1、光柵G和出射狹縫S2分成多個光路通道。
采用以上方案的有益效果由于柱面光柵的采用，既保留了凹球面光柵的集光本領，又可以沿光柵母線方向自由地劃分成特性完全相同的若干段(用擋板隔開)，這樣讓每一段獨立工作(但統一調節)，便可達到空間分辨測量的目的。
圖1是凹面光柵成像原理示意圖。
圖2是本實用新型實施例柱面光柵光譜儀內部結構示意圖。
圖3是本實用新型實施例柱面光柵光譜儀外型示意圖。
圖4是本實用新型實施例柱面光柵光譜儀水平分隔示意圖。
圖5是本實用新型實施例柱面光柵光譜儀每個通道的水平展開示意圖。
下面通過具體的實施例并結合附圖對本實用新型作進一步詳細的描述。
實施例一見圖2、3、4、5，所示真空紫外時空分辨光譜儀包括入射狹縫S1、光柵G和出射狹縫S2，所述光柵G是柱面光柵，柱面光柵的刻劃面為其凹面，入射狹縫S1和出射狹縫S2平行于所述柱面光柵G的母線，多個水平放置的隔板均勻地將入射狹縫S1、光柵G和出射狹縫S2分成多個光路通道。入射狹縫S1、光柵G和出射狹縫S2按羅蘭園分布。柱面光柵刻槽形狀是三角槽形，沿弦等分。光譜儀外殼符合真空密封條件，并附帶真空抽氣系統。
為了便于說明問題，下面先介紹柱面光柵的成像原理，然后對設計方案進行描述。
1柱面光柵成像原理1.1橢球面光柵成像理論自H.A.Rowland創造性地將平面光柵和凹面鏡結合提出凹面光柵以來，其成像理論被不斷發展，Namioka早在1961年就對橢球面光柵的成像理論進行了研究對一塊橢球面光柵，按圖1建立坐標系，并設橢球面在X、Y和Z軸上的半軸長度分別為a、b、c，則其聚焦條件為cos2αr-ab2cosα+cos2βr′-ab2cosβ=0----(1)]]>方程(1)的一個解是r=b2acosα,r′=b2acosβ----(2)]]>這在圖1中的XY平面內表示一個直徑為
的園，和凹球面光柵中的羅蘭園相似，習慣上稱其為等效羅蘭園。
對橢球面光柵，點光源對應的象散像長度是Z=L(1+secαcosβ)|1-b2c2cosαcosβ|----(3)]]>光柵最佳寬度為Wopt=2.12[2R3dmtg(α+β2)cosαcosβ|1-(R/a)cosαcosβ|]1/4----(4)]]>這里L為光柵高度，d為光柵常數，m為光譜級次。
考慮到高度為l的線光源，則(3)式變為Z=lcosβcosα+L(1+secαcosβ)|1-b2c2cosαcosβ|----(5)]]>1.2柱面光柵的基本特性實際上，橢球面光柵有兩個特例當a＝b＝c＝R時，便是我們通常使用的凹球面光柵；當a＝b＝R，c→∞時，則是本實用新型所涉及的柱面光柵。因此，如果R相同，則對凹球面光柵和柱面光柵(2)式均可表示為r＝Rcosα，r′＝Rcosβ(6)點光源對應的象散像長度是
凹球面光柵Z＝L(1+secαcosβ)(1-cosαcosβ)(7)柱面光柵Z＝L(1+secαcosβ)(8)由此可以得出如下結論(1)對于正入射系統，如Seya-Namioka裝置，點光源的柱面光柵象散像長度約為凹球面光柵的三倍；(2)對于掠入射系統，柱面光柵與凹球面光柵的象散像長度幾乎相等，也就是說在掠入射條件下使用柱面光柵，并不引起額外的光能量損失。
2柱面光柵光譜儀設計方案盡管柱面光柵同樣存在象散問題，但不同的是它既保留了凹球面光柵的集光本領，又可以沿光柵母線方向自由地劃分成特性完全相同的若干段(用擋板隔開)，這樣讓每一段獨立工作(但統一調節)，便可達到空間分辨測量的目的。
圖2和圖3是柱面光柵單色儀的內部結構和外型的設計方案。在入射狹縫、光柵和出射狹縫之間擬采用水平放置的隔板均勻地分成十道(如圖4)，由于該譜儀采用掠入射結構工作于真空紫外波段，因此它還需配備真空抽氣系統，為便于與光源(如托卡馬克真空室)連接，在單色儀入射端(入射狹縫前)采用法蘭盤結構，出射狹縫處真空紫外信號先經傳統的水楊酸鈉轉換，再由光纖傳光束引出并進行分道探測。
圖4、圖5是柱面光柵單色儀水平分隔示意圖和每個通道的水平展開圖，水平隔板需與光柵和出射狹縫均保持一定的間隔，以便于光柵的轉動和出射狹縫沿羅蘭園的移動。
按羅蘭園理論，這里r＝Rcosα，r’＝Rcosβ，假設被測光源的中心面P與入射狹縫的距離為s，通道高度(相鄰隔板間距)為h，則由幾何關系可以得出單色儀每個通道對應的空間分辨率為Δ=2s+r+r′r+r′h=[1+2sR(cosα+cosβ)]h----(8)]]>可見，在其滿足時間分辨的同時，也滿足了空間分辨的要求。
權利要求1.一種真空紫外時空分辨光譜儀，包括入射狹縫S1、光柵G和出射狹縫S2，其特征是所述光柵G是柱面光柵，柱面光柵的刻劃面為其凹面，入射狹縫S1和出射狹縫S2平行于所述柱面光柵G的母線，多個水平放置的隔板均勻地將入射狹縫S1、光柵G和出射狹縫S2分成多個光路通道。
2.如權利要求1所述的真空紫外時空分辨光譜儀，其特征是入射狹縫S1、光柵G和出射狹縫S2按羅蘭園分布。
3.如權利要求1或2所述的真空紫外時空分辨光譜儀，其特征是柱面光柵刻槽形狀是三角槽形，沿弦等分。
4.如權利要求1或2所述的真空紫外時空分辨光譜儀，其特征是光譜儀外殼符合真空密封條件，并附帶真空抽氣系統。
5.如權利要求3所述的真空紫外時空分辨光譜儀，其特征是光譜儀外殼符合真空密封條件，并附帶真空抽氣系統。
專利摘要本實用新型涉及一種能在真空紫外波段獲得光譜信息時空分布圖像的光譜儀器,包括入射狹縫,光柵和出射狹縫。它利用柱面光柵作為色散元件,工作于掠入射狀態,通過安裝水平隔板,將同一塊柱面光柵劃分成性能完全相同的若干段,讓每一段獨立工作。該譜儀可以對連續或脈沖光源實現真空紫外光譜時空分辨測量。本光譜儀可用于托卡馬克等離子體的真空紫外光譜診斷,具有接收立體角易算和更接近Abel變換條件等優點。
文檔編號G01J3/20GK2391184SQ99246219
公開日2000年8月9日 申請日期1999年9月29日 優先權日1999年9月29日
發明者林曉東 申請人:深圳大學師范學院