掠入射多包含角平面光柵單色器及其實現波長掃描的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及X射線光學技術領域，具體涉及的是一種掠入射多包含角平面光柵單 色器。
【背景技術】
[0002] 目前，在軟X射線波段（0. 62nm~12. 4nm)，要實現這樣寬譜端的連續掃描，一般 選用掠入射平面光柵單色器（PGM)。在同步輻射束線中，平面光柵單色器一般由三個元件 組成，即：平面反射鏡、光柵、凹面聚焦鏡。光柵前面的平面鏡除反射光束、改變光柵的包 含角外，還起到光學濾波的作用；平面光柵色散入射光束，凹面聚焦鏡聚焦已經分離的單色 光束。這種單色器具有以下優點：（1)有利于采用掠入射模式，使色散的能量范圍拓展到 軟X射線；(2)光束的色散和聚焦分別由不同的光學元件擔任，給單色器的設計提供了更多 的選擇空間，可以根據不同的需求：高分辨率、或高輸出通量、或高純度光譜（消除高次諧 波），確定平面光柵光學放大倍數和切換模式，充分發揮單色器的效應，增強某一方面的功 能。
[0003] 然而，這種單色器由于其前置平面鏡繞平行于光柵轉軸的另一條軸線離軸轉動， 因而在進行波長掃描時，平面鏡和光柵都必須旋轉一定的角度進行配合才能保證所需波長 的單色光輸出，如此一來，其造成的結果便是掃描方式較為復雜，并且大幅增加了對單色器 的機械加工精度要求。
【發明內容】
[0004] 針對上述技術不足，本發明提供了一種掠入射多包含角平面光柵單色器及其實現 波長掃描的方法，具有掃描方式簡單、寬能譜掃描的特點。
[0005] 為實現上述目的，本發明解決問題的技術方案如下：
[0006] 掠入射多包含角平面光柵單色器，包括入射狹縫、第一聚焦鏡、多角度反射鏡、平 面光柵、第二聚焦鏡、出射狹縫以及升降機構；其中：
[0007] 入射狹縫，用于使光源的光進入單色器，并傳達至第一聚焦鏡；
[0008] 第一聚焦鏡，用于將入射的光束聚焦為平行光束，并傳達至多角度反射鏡；
[0009] 多角度反射鏡，用于將平行光束反射至平面光柵；該多角度反射鏡上設有 η個按照階梯形式分布的反射面，并且每個反射面中心與光柵中心的水平方向距離 Z = -//C〇t(2的，H為入射至多角反射鏡的光束與平面光柵中心的高度差，妒為該反射面 法線與入射光束之間的夾角；η多1 ;
[0010] 平面光柵，用于將多角度反射鏡反射的光束分光，并將色散光束傳達至第二聚焦 鏡；該平面光柵可繞其光學面中軸旋轉而調節光束的入射角α，并且該平面光柵的光柵包 含角0 = 2伊=攻+夕，β為平面光柵的衍射角；
[0011] 第二聚焦鏡，用于將色散光束聚焦到出射狹縫輸出；
[0012] 升降機構，用于控制多角度反射鏡的升降，使入射光束經由不同的反射面反射。
[0013] 進一步地，所述入射狹縫和出射狹縫均為直狹縫。
[0014] 作為優選，所述第一聚焦鏡和第二聚焦鏡的面型均為柱面、球面、拋物面中的任意 一種。
[0015] 基于上述結構，本發明還提供了該掠入射多包含角平面光柵單色器實現波長掃描 的方法，包括以下步驟：
[0016] (1)判斷需要輸出的波長λ是否處在平面光柵當前的包含角Θ對應的波段內， 是，則旋轉平面光柵，使其入射角α滿足
為光柵衍射級次，d為 平面光柵的光柵周期，進入步驟（3);否，則進入步驟（2);
[0017] (2)控制多角度反射鏡上升或下降，使相應的反射面移進光路，并根據
得到對應的、且包含有波長λ的包含角θη，然后旋轉平面光柵，使其入射角α η滿足
進入步驟（3);
[0018] (3)平面光柵將光束分光，并將色散光束傳達至第二聚焦鏡；
[0019] (4)將色散光束聚焦到出射狹縫，實現波長的輸出；
[0020] (5)循環步驟⑴~⑷；實現波長掃描。
[0021] 與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：
[0022] (1)本發明設計巧妙、使用方便，其通過改進單色器的結構，并設計了多角度反射 鏡和升降機構，然后使平面光柵可以繞其光學面中軸旋轉，并限定了 L、H及妒等參數，從而 只需選擇多個光柵包含角，并配合多角度反射鏡的若干次升降，就可以實現寬能譜的掃描。
[0023] (2)根據實際情形，按照本發明的設計結構，當
83.3°~88.7°時，一塊周期(1 = 833.311111的平面光柵可以覆蓋1.2411111~24.8〇11111的波長 范圍，其光譜輸出范圍遠大于普通的光柵單色器，與平面光柵單色器的覆蓋范圍相當；但本 發明與現有的平面光柵單色器做能譜掃描時，必須要前置平面鏡和光柵進行聯動旋轉的方 式相比，其機械結構和能譜掃描的方式更加簡單。
[0024] (3)本發明性價比高、實用性強、成本低廉、且易于批量生產，并且通過合理的優化 參數，還可以使本發明具備抑制高次諧波的功能，因此，本發明具有廣泛的應用前景，非常 適合用于在同步輻射裝置或其他軟X射線光譜分析中以較高分辨率的方式工作。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發明的結構示意圖。
[0026] 圖2為本發明的工作原理圖。
[0027] 圖3為一種多角度反射鏡與平面光柵的配合示意圖。
[0028] 圖4為一種多角度反射鏡與平面光柵配合進行波長切換前的狀態示意圖。
[0029] 圖5為圖4進行波長切換后的狀態示意圖。
[0030] 其中，附圖標記對應的名稱為：
[0031 ] 1-入射狹縫，2-第一聚焦鏡，3-多角度反射鏡，4-平面光柵，5-第二聚焦鏡，6-出 射狹縫。
【具體實施方式】
[0032] 下面結合【附圖說明】和實施例對本發明作進一步說明，本發明的方式包括但不僅限 于以下實施例。
[0033] 如圖1、2所示，本發明提供了一種掠入射多包含角平面光柵單色器，其包括在光 軸上依次放置的入射狹縫1、第一聚焦鏡2、多角度反射鏡3、平面光柵4、第二聚焦鏡5、出射 狹縫6,其中：入射狹縫1用于使光源的光射入；第一聚焦鏡2用于將入射的光束聚焦為平 行光束（或光柵色散方向平行光束）；多角度反射鏡3用于將平行光束反射至平面光柵4 ; 平面光柵4用于將光束分光，并將色散光束（也為平行光束或光柵色散方向平行光束）傳 達至第二聚焦鏡5 ;第二聚焦鏡5用于將色散光束聚焦到出射狹縫6射出。
[0034] 上述光學元件中，所述的入射狹縫1和出射狹縫6均為直狹縫，所述的第一聚焦鏡 2和第二聚焦鏡5的面型則均為柱面、球面、拋物面中的任意一種。
[0035] 而作為本發明主要的創新點之一，所述多角度反射鏡3上設有η (η彡1)個按照階 梯形式分布的反射面，每個反射面中心與平面光柵中心的水平距離^ ，H為 入射至多角反射鏡的光束與平面光柵中心的高度差，浐為該反射面法線與入射光束之間的 夾角。并且該多角度反射鏡3依靠一升降機構控制多角度反射鏡升降，從而使入射光束經 由不同的反射面反射。圖3為η = 4的多角度反射鏡結構示