一种深紫外波段复合灵敏度光谱仪制造技术

本实用新型专利技术涉及一种深紫外波段复合灵敏度光谱仪，解决汤姆逊诊断系统存在体积庞大、测量结果置信度较低的问题。该光谱仪中，从光谱仪输入端进入的待测信号经光谱分束镜分为两束；在透射光路中，光束经离子谱反射镜一和离子谱反射镜二反射；然后光束经离子谱准直抛物镜准直后到达离子谱光栅；经光栅色散后的光束经离子谱聚焦抛物镜聚焦于离子像面反射镜，离子谱成像椭球镜将色散后的信号聚焦成像于像面上；在反射光路中，光束经过短焦的电子谱准直抛物镜准直，然后经电子谱光栅衍射分光，经光栅色散后的光束由电子谱聚焦抛物镜聚焦于电子谱像面反射镜上；并将光束反射至电子谱成像椭球镜，电子谱成像椭球镜将色散后的信号聚焦成像于公共像面上。

【技术实现步骤摘要】
一种深紫外波段复合灵敏度光谱仪
本技术涉及一种光谱仪，具体涉及一种深紫外波段复合灵敏度光谱仪。
技术介绍
在惯性约束激光聚变(ICF)研究中，辐射场区的温度、离子/电子密度、离子/电子流速等参数直接与打靶激光的吸收、散射、聚焦成丝、束间能量传递等物理过程相关。该物理过程将降低打靶激光能量，破坏聚变燃料压缩的对称性，产生的超热电子预热燃料增加压缩的难度。在一定程度上，离子/电子参数决定着聚变的成败，有关离子/电子参数诊断的研究在ICF中占据至关重要的地位。然而对于打靶中产生的高温、高密离子/电子，一般的接触式测量对其是无法进行测量的。汤姆逊散射诊断作为一种非接触式的测量方式，具有其独特的优势，已成为测量高密离子/电子参数的必备工具。它的原理是：采用探针光入射至高温、高密离子/电子区域，等离子体在入射探针光作用下产生次级辐射，形成散射波；由于电子和离子的散射谱是不同的，只要分别测量出电子和离子的散射波谱就可以获得等离子体的电子和离子的温度、密度等信息，具有时间分辨的波谱还可反映出等离子体的涨落情况。现有的汤姆逊散射诊断系统的诊断对象——毫米尺度等离子体位于直径数米的真空球形靶室中心，四倍频探针光(263nm)从真空靶室外通过真空窗口入射待测等离子体区，与等离子体发生汤姆逊散射；由于汤姆逊散射信号较弱，采用透射式/折反式光学系统抵近收集汤姆逊散射光，并将其通过真空玻璃窗口传输到数米外的大气环境，然后利用分光镜对电子散射谱和离子散射谱进行光谱分离，最后对两个支路分别采用光谱仪色分离、条纹相机扫描记录。设备中应用两台光谱仪、两台条纹相机，体积庞大。除此之外，现有汤姆逊诊断系统还面临一个致命的问题是信噪比低，降低了测量结果的置信度。信噪比低的原因是汤姆逊散射信号很弱，而环境干扰光很强。在靶室内，基频光(1053nm)、二倍频光、三倍频光以及打靶过程中各种物理机制产生的光，形成了宽光谱(230nm-1053nm)强干扰源，其强度要比汤姆逊散射光强若干个数量级，这给汤姆逊散射诊断技术的应用带来了巨大挑战。为了解决上述问题，现有技术提出了采用5倍频(210.6nm)探针光的深紫外汤姆逊散射测量方案，5倍频的汤姆逊电子散射谱为150nm-200nm，离子辐射谱为200nm-220nm，这样利用光谱过滤的方法能够排除230nm-1053nm的强干扰。但是，深紫外光在普通的光学玻璃材料中以及大气中均具有强烈的吸收，无法正常传输，这给汤姆逊散射的电子谱和离子谱的测量带来了新的难题。当然，若用一个大的真空舱体将整个测量系统置于其中，则能解决大气衰减问题；但是在数百个诊断设备同时聚集诊断同一个毫米尺度靶丸的前提下，每一种设备的体积都不允许自由膨胀。
技术实现思路
本技术的目的是解决现有汤姆逊诊断系统存在体积庞大、测量结果置信度较低的问题，提供一种深紫外波段复合灵敏度光谱仪。为实现上述目的，本技术通过以下技术方案来实现：一种深紫外波段复合灵敏度光谱仪，其特征在于：包括光谱分束镜、离子谱反射镜一、离子谱反射镜二、离子谱准直抛物镜、离子谱光栅、离子谱聚焦抛物镜、离子谱像面反射镜、离子谱成像椭球镜、电子谱准直抛物镜、电子谱光栅、电子谱聚焦抛物镜、电子谱像面反射镜和电子谱成像椭球镜；从光谱仪输入端进入的待测信号经光谱分束镜分为两束，一路为透射光，另一路为反射光；在透射光路中，光束经离子谱反射镜一和离子谱反射镜二反射，增大了光程、扩大了光束口径；然后光束经离子谱准直抛物镜准直后到达离子谱光栅，大口径的光束增大了光栅的有效面积；经光栅色散后的光束经离子谱聚焦抛物镜聚焦于离子谱像面反射镜，光束经离子谱像面反射镜屏蔽杂光干扰后聚焦于离子谱成像椭球镜，所述离子谱成像椭球镜将色散后的信号聚焦成像于像面上；在反射光路中，光束经过电子谱准直抛物镜准直，然后经电子谱光栅衍射分光，经光栅色散后的光束由电子谱聚焦抛物镜聚焦于电子谱像面反射镜上；所述电子谱像面反射镜将光束反射至电子谱成像椭球镜，所述电子谱成像椭球镜将色散后的信号聚焦成像于像面上。进一步地，从光谱仪输入端进入的待测信号经光谱分束镜分为两束，透射波段为200nm-220nm，反射波段为150nm-200nm。进一步地，定义光谱仪输入端为坐标零点，水平面为XZ平面，水平向右为Z正向，垂直于XZ平面向上的方向为Y正向，所述光谱分束镜与X轴的倾角为6°；所述离子谱反射镜一与X轴的倾角为50°；所述离子谱反射镜二与X轴的倾角为34°；所述离子谱准直抛物镜与X轴的倾角为8.949°；所述离子谱光栅与X轴的倾角为4.5°；所述离子谱聚焦抛物镜与X轴的倾角为8.808°；所述离子谱像面反射镜与X轴的倾角为-11.679°，与Y轴的倾角为2°；所述离子谱成像椭球镜与X轴的倾角为14.498°，与Y轴的倾角为-0.547°；所述电子谱准直抛物镜与X轴的倾角为-9°；所述电子谱聚焦抛物镜与X轴的倾角为-2.869°；所述电子谱像面反射镜与X轴的倾角为3°，与Y轴的倾角为2°；所述电子谱成像椭球镜与X轴的倾角为2.284°，与Y轴的倾角为-0.522°。进一步地，所述离子谱准直抛物镜沿Y轴的平移量为-157.65mm；所述离子谱聚焦抛物镜沿Y轴的平移量为-39.544mm；所述离子谱成像椭球镜沿Y轴的平移量为-81.923mm；所述电子谱准直抛物镜沿Y轴的平移量为-14.107mm；所述电子谱光栅沿Y轴的平移量为-48.569mm；所述电子谱聚焦抛物镜的沿Y轴的平移量为21.984mm；所述电子谱成像椭球镜的Y离轴量为-34.57mm。进一步地，所述光谱仪输入端和光谱分束镜的间距为100㎜，所述光谱分束镜和离子谱反射镜一的间距为359㎜，所述离子谱反射镜一和离子谱反射镜二的间距为185㎜；所述离子谱反射镜二和离子谱准直抛物镜的间距为365㎜；所述离子谱准直抛物镜和离子谱光栅的间距为480㎜；所述离子谱光栅与离子谱聚焦抛物镜的间距为450㎜；所述离子谱聚焦抛物镜与离子谱像面反射镜的间距为480㎜；所述离子谱像面反射镜与离子谱成像椭球镜的间距为470㎜；所述离子谱成像椭球镜与电子谱准直抛物镜的间距为60㎜；所述电子谱准直抛物镜与电子谱光栅的间距为570㎜；所述电子谱光栅与电子谱聚焦抛物镜的间距为100㎜；所述电子谱聚焦抛物镜与电子谱像面反射镜的间距为111.5㎜，所述电子谱像面反射镜与电子谱成像椭球镜的间距为520㎜。进一步地，所述离子谱准直抛物镜的顶点半径R为-2053.77㎜，所述离子谱聚焦抛物镜的顶点半径R为-957.12㎜，所述离子谱成像椭球镜的顶点半径R为-561.54㎜，圆锥系数为-0.04984，所述电子谱准直抛物镜的顶点半径R为322.78㎜，所述电子谱聚焦抛物镜的顶点半径R为220.0㎜，所述电子谱成像椭球镜的顶点半径R为598.74㎜，圆锥系数-0.02369。进一步地，所述离子谱光栅的刻线为2400线/mm，有效光栅尺寸为40mm，有效光栅总数为N1＝96000线，光栅应用衍射级次m1＝2；所述电子谱光栅的刻线1200线/mm，有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种深紫外波段复合灵敏度光谱仪，其特征在于：包括光谱分束镜、离子谱反射镜一、离子谱反射镜二、离子谱准直抛物镜、离子谱光栅、离子谱聚焦抛物镜、离子谱像面反射镜、离子谱成像椭球镜、电子谱准直抛物镜、电子谱光栅、电子谱聚焦抛物镜、电子谱像面反射镜和电子谱成像椭球镜；/n从光谱仪输入端进入的待测信号经光谱分束镜分为两束，一路为透射光，另一路为反射光；/n在透射光路中，光束经离子谱反射镜一和离子谱反射镜二反射，然后光束经离子谱准直抛物镜准直后到达离子谱光栅，经光栅色散后的光束经离子谱聚焦抛物镜聚焦于离子谱像面反射镜，光束经离子谱像面反射镜屏蔽杂光干扰后聚焦于离子谱成像椭球镜，所述离子谱成像椭球镜将色散后的信号聚焦成像于像面上；/n在反射光路中，光束经过电子谱准直抛物镜准直，然后经电子谱光栅衍射分光，经光栅色散后的光束由电子谱聚焦抛物镜聚焦于电子谱像面反射镜上；所述电子谱像面反射镜将光束反射至电子谱成像椭球镜，所述电子谱成像椭球镜将色散后的信号聚焦成像于像面上。/n

【技术特征摘要】
1.一种深紫外波段复合灵敏度光谱仪，其特征在于：包括光谱分束镜、离子谱反射镜一、离子谱反射镜二、离子谱准直抛物镜、离子谱光栅、离子谱聚焦抛物镜、离子谱像面反射镜、离子谱成像椭球镜、电子谱准直抛物镜、电子谱光栅、电子谱聚焦抛物镜、电子谱像面反射镜和电子谱成像椭球镜；
从光谱仪输入端进入的待测信号经光谱分束镜分为两束，一路为透射光，另一路为反射光；
在透射光路中，光束经离子谱反射镜一和离子谱反射镜二反射，然后光束经离子谱准直抛物镜准直后到达离子谱光栅，经光栅色散后的光束经离子谱聚焦抛物镜聚焦于离子谱像面反射镜，光束经离子谱像面反射镜屏蔽杂光干扰后聚焦于离子谱成像椭球镜，所述离子谱成像椭球镜将色散后的信号聚焦成像于像面上；
在反射光路中，光束经过电子谱准直抛物镜准直，然后经电子谱光栅衍射分光，经光栅色散后的光束由电子谱聚焦抛物镜聚焦于电子谱像面反射镜上；所述电子谱像面反射镜将光束反射至电子谱成像椭球镜，所述电子谱成像椭球镜将色散后的信号聚焦成像于像面上。


2.根据权利要求1所述的深紫外波段复合灵敏度光谱仪，其特征在于：从光谱仪输入端进入的待测信号经光谱分束镜分为两束，透射波段为200nm-220nm，反射波段为150nm-200nm。


3.根据权利要求2所述的深紫外波段复合灵敏度光谱仪，其特征在于：定义光谱仪输入端为坐标零点，水平面为XZ平面，水平向右为Z正向，垂直于XZ平面向上的方向为Y正向；
所述光谱分束镜与X轴的倾角为6°；所述离子谱反射镜一与X轴的倾角为50°；所述离子谱反射镜二与X轴的倾角为34°；所述离子谱准直抛物镜与X轴的倾角为8.949°；所述离子谱光栅与X轴的倾角为4.5°；所述离子谱聚焦抛物镜与X轴的倾角为8.808°；所述离子谱像面反射镜与X轴的倾角为-11.679°，与Y轴的倾角为2°；所述离子谱成像椭球镜与X轴的倾角为14.498°，与Y轴的倾角为-0.547°；所述电子谱准直抛物镜与X轴的倾角为-9°；所述电子谱聚焦抛物镜与X轴的倾角为-2.869°；所述电子谱像面反射镜与X轴的倾角为3°，与Y轴的倾角为2°；所述电子谱成像椭球镜与X轴的倾角为2.284°，与Y轴的倾角为-0.522°。


4.根据权利要求3所述的深紫外波段复合灵敏度光谱仪，其特征在于：所述离子谱准直抛物镜沿Y轴的平移量为-157.65mm；所述离子谱聚焦抛物镜沿Y轴的平移量为39.544mm；所述离子谱成像椭球镜沿Y轴的平移量为-81.923mm；所述电子谱准直抛物镜沿Y轴的平移量为-14.107mm；所述电子谱光栅沿Y轴的平移量为-48.569mm...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫亚东，吴冰静，何俊华，曹宗英，许瑞华，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：新型
国别省市：陕西;61