一种双光栅平场谱仪制造技术

本实用新型专利技术涉及光谱测量技术领域。通过在平场谱仪中附加一个透射式或反射式光栅和在谱仪的前端附加一个可变曲率半径的柱面反射镜的方法来提高谱仪的接收效率、改善谱仪的成象效果并扩大摄谱范围。本实用新型专利技术适于对不同光谱范围、不同空间位置的等离子体发射进行空间分辨的光谱测量，造价低，适于弱脉冲光源，具有极高的灵敏度，并可提供空间分辨的信息。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及光谱测量
光谱仪是物质的内部结构以及激光等研究中最重要的测量仪器之一，它被广泛地应用于对原子、分子、等离子体和激光光谱的测量中。而谱仪采用掠入射方式的主要目的是为了提高波长较短光谱的接受效率。传统的掠入射摄谱仪通常采用Rowland凹面光栅，谱线被聚焦在具有较大象散特性的Rowland圆的某一部分上。因此，摄谱仪或探测器平面必须被圆形地配置以便得到较好的成象，这加大了摄谱仪器(如条纹像机、微通道板等)平面定位和精确调整的难度，给时间分辨等光谱测量带来了困难。同时，由于象散问题，光谱线聚焦随波长的变化很大，使得摄谱仪上的光谱成象存在较大的相差，影响了光谱测量的精度。为了克服以上问题，70年代初又出现了可以聚焦在平面上的变间距凹面光栅，并将其用于对激光等离子体的光谱测量。目前，在激光等离子体研究中广泛使用的掠入射平场光栅谱仪普遍存在着接收效率低(一般小于10-5)、摄谱范围窄(一般为3nm-30nm)的缺点。参考文献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.本技术的目的是为了克服已有技术的缺点和不足，通过附加一个透射式或反射式光栅和在谱仪的前端附加一个可变曲率半径的柱面反射镜的方法来达到提高谱仪的接收效率、改善谱仪的成象效果并扩大摄谱范围的目的。本技术的目的是这样实现的本技术首先对光栅的零级光进行再利用，通过在谱仪中增加一个透射式光栅的方法来增大可测量的波段范围；其次通过在谱仪的前端附加一个曲率半径可变的柱面镜的方法来提高谱仪的接受效率，并改善了谱仪的成象效果。X射线辐射源1经过谱仪的前光阑2到达一个曲率半径可变(变化范围500mm-6000mm)的柱面反射镜3；此柱面反射镜3与1200线/mm的凹面变栅距平场光栅6的入射轴成小角度(≤10°)结构，使得柱面反射镜3与入射光保持掠入射的同时能够最大限度的对入射光进行采集，以提高谱仪的接受效率；经过柱面反射镜3汇聚后的光经过前滤光片4和后置光阑5到达掠入射凹面变栅距平场光栅6后，其一级谱经过后置X射线滤光片7被衍射成象到平场面上，则可测波段范围内的光谱被软X射线底片8接收；而其反射的零级光再经过1000线/mm的透射式光栅9的衍射使波长较长波段的光被分解成光谱，并成象在软X射线底片8上。在使用中也可不用透射式光栅9而保留凹面变栅距平场光栅6，这样便成为一个软X射线谱仪。在使用中也可以取消可变曲率半径的柱面反射镜3而保留透射式光栅9。作为接收器的软X射线底片8也可以换成CCD探测器，条纹相机或微通道板。为了提高紫外或可见波段的光谱分辨本领，透射式光栅9可换成高分辨本领的1000线/mm的反射式光栅。1000线/mm的透射式光栅8也可换成2000线/mm或5000线/mm的透射式光栅。1200线/mm的凹面变栅距平场光栅6也可根据需要换成2400线/mm的凹面变栅距平场光栅。前滤光片4除了滤掉了大量泵浦激光的散射光外，还起到保护凹面变栅距平场光栅不被等离子体喷镀和泵谱激光损伤的作用。由于使用了两块光栅(6和9)分别对不同波长范围的光谱进行色散，所以本技术具有极大的摄谱范围(2nm～400nm)和很高的光谱分辨本领Δλ/λ＞1000。同时，由于前置柱面镜的作用，这个技术的灵敏度也得到了大大的提高。本技术具有大摄谱范围(2nm～400nm)，高光谱分辨本领(Δλ/λ＞1000)。由于前置柱面反射镜的曲率半径可变，适于对不同光谱范围、不同空间位置的等离子体发射进行空间分辨的光谱测量；且这种柱面反射镜的造价低；因其接收立体角大，故适于飞秒激光等离子体等弱脉冲光源；同时具有极高的灵敏度，约比通常的平场光栅谱仪的灵敏度高10倍；在适当配置调节前置柱面镜时，可同时提供空间分辨的信息，空间分辨率约为30μm。以下结合附图及实施例对本技术做进一步说明附图说明图1是本技术的双光栅平场谱仪结构图，图2是实施例2的结构图，图3是实施例3的结构图，图4是实施例4的结构图。其中1、X射线辐射源 2、前光阑 3、可变曲率半径的柱面反射镜 4、前滤光片 5、后置光阑 6、凹面变栅距平场光栅 7、后置X射线滤光片 8、软X射线底片9、透射式光栅实施例1当所需测量的波段在5nm～40nm，而信号较弱(≤0.1Photons/μm2)时的应用实例。按图1所示，X射线辐射源1经过谱仪的前光阑2到达一个尺寸为80mm×20mm，曲率半径为6000mm的柱面反射镜3；为提高反射率，此柱面反射镜3与1200线/mm的凹面变栅距平场光栅6的入射轴角度为3°度，使得柱面反射镜3与入射光保持掠入射的同时能够最大限度的对入射光进行采集，以提高谱仪的接受效率；经过柱面反射镜3汇聚后的光经过前滤光片4和后置光阑5到达掠入射凹面变栅距平场光栅6后，其一级谱经过后置X射线滤光片7被衍射成象到平场面上，则在5nm～40nm波段范围内的光谱被软X射线底片8接收；而其反射的零级光再经过1000线/mm的透射式光栅9的衍射使波长较长波段的光被分解成光谱，并成象在软X射线底片8上(见图1)。通过测量，其光谱分辨能力大于1000。实施例2当所需测量的波段在5nm～400nm，而信号较强(≥10Photons/μm2)时的应用实例。谱仪的其它结构及条件如实施例1，但取消了柱面反射镜3，选用2000线/mm的透射式光栅(见图2)，接收器换成CCD探测器。经测量，其光谱分辨能力大于1000。实施例3当所需测量的波段在5nm～400nm，而信号较弱且光源尺寸较小(≤100μm)时的应用实例。谱仪的其它结构及条件如实施例1，但柱面反射镜3的曲率半径为5600mm，采用2400线/mm的凹面变栅距平场光栅，柱面反射镜与凹面变栅距平场光栅的入射轴为10°度，透射式光栅9换成1000线/mm的反射式光栅，(见图3)，接收器为条纹相机。测量结构显示，其光谱分辨能力大于1000。实施例4谱仪的其它结构及条件如实施例1，但柱面反射镜3的曲率半径为500mm，透射式光栅选用5000线/mm的透射式光栅(见图4)，接收器为微通道板。其光谱分辨能力大于1000。权利要求1.一种双光栅平场谱仪，其特征在于X射线辐射源(1)经过谱仪的前光阑(2)到达一个曲率半径可变(变化范围500mm-6000mm)的柱面反射镜(3)；此柱面反射镜与1200线/mm的凹面变栅距平场光栅(6)的入射轴成小角度(≤10°)结构；经过柱面反射镜汇聚后的光经过前滤光片(4)和后置光阑(5)到达掠入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双光栅平场谱仪，其特征在于：Ｘ射线辐射源（１）经过谱仪的前光阑（２）到达一个曲率半径可变（变化范围５００ｍｍ－６０００ｍｍ）的柱面反射镜（３）；此柱面反射镜与１２００线／ｍｍ的凹面变栅距平场光栅（６）的入射轴成小角度（≤１０°）结构；经过柱面反射镜汇聚后的光经过前滤光片（４）和后置光阑（５）到达掠入射凹面变栅距平场光栅后，其一级谱经过后置Ｘ射线滤光片（７）被衍射成象到平场面上，则可测波段范围内的光谱被软Ｘ射线底片（８）接收；而其反射的零级光再经过１０００线／ｍｍ的透射式光栅（９）的衍射使波长较长波段的光被分解成光谱，并成象在软Ｘ射线底片（８）上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张杰，李英骏，魏志义，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]