激光等离子体软X射线扫描单色仪制造技术

一种激光等离子体软Ｘ射线扫描单色仪，含有机械构件中置于头部后端外套筒内悬挂式导轨上有带自动同步控制装置的调整架。光学元件中有同时置于带自动同步控制装置调整架上的单色扫描狭缝和探测元件。软Ｘ射线源的泵浦源是激光器，沿激光束前进方向上依次有会聚透镜和分束镜。电子元件中有由分束镜反射激光束ｆ起动的外触发器联到存储示波器、有位移传感器联结着数据存储器和自动同步控制装置。具有体积小、适用面广、精度高的优点。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种激光等离子体软X射线扫描单色仪。主要适用于软X射线波段内激光等离子体的发射特性，以及软X射线色散元件和接收器件的测量及标定。软X射线扫描单色仪在激光等离子体软X射线发射的光谱诊断工作中有着极为重要的意义，它不仅可作为独立的诊断仪器，参与激光等离子体X射线源的绝对强度测量，而且也是开展软X射线色散元件和接收器件的光谱响应灵敏度标定工作的基础，这对激光等离子体的X射线发射的绝对测量、电子温度和密度的光谱诊断以及惯性约束核聚变辐射温度测量等方面有着极为重要的意义。简而言之，软X射线扫描单色仪将初始X光源进行分光，并在单色仪出射狭缝上提供单色光；它应当有使用灵活、操作方便、易于提供单色X光源等特点。已有技术中，软X射线色散元件和接收器件的光谱响应灵敏度标定工作大都是在以同步辐射装置上的X光作为初始光源、结合分光元件(如多膜层反射镜等)所构成的同步辐射X光单色仪上进行的(参见已有技术.杨家敏，易荣清，马洪良等，光学学报，1996，161631--1635)。由于受到同步辐射装置的庞大和昂贵的运行费用的限制，该单色仪仅适用于有同步辐射装置的少数国家的个别经费充足的实验室，而不能广泛应用。以激光器辐照固体靶作为软X射线源构成的激光等离子体软X射线单色仪面向广大实验室，较之同步辐射X光单色仪有更优越的易操作性和实用性，可取代前者完成上述标定工作。从结构上看，激光等离子体软X射线单色仪的两个核心组成部分，其一是分光元件，其二是单色光的波长和强度标定器件。分光元件是K-边滤光片或L-边滤光片(比如丹特(Dante)谱仪，参见已有技术.Kauffman R L，Suter L J，Darrow C B et al.，Phys.Rev.Lett.，1994，732320-2324)和凹面反射光栅(参见已有技术.Suter L J，Kauffman R L，Darrow C B et al.，Phys.Plasmas，1995，402057--2062)。采用滤光片作为分光元件的主要缺点在于每个能道滤光片有很宽的X射线响应范围，仍不能有效地分光。而凹面反射光栅的弯曲成象面不利于与平接收面的探测器相耦合，并为光谱的绝对标定工作带来较大的困难。为直接利用单色仪提供的单色光以完成X光衍射元件和接收器件的绝对标定，单色仪必须能够实时地完成对自身性能的标定工作，即是对输出单色光的波长和强度的标定。单色光的标定器件可选用X射线波段(XUV)胶片或干板、软X光CCD相机，以及X射线波段(XUV)二极管等。国内外对XUV胶片响应特性及绝对标定已作了大量工作(参见已有技术.Henke B L et al.，J.Opt.Soc.Am.，1984，B1818--827)，它的优点是有很好的空间分辨率和较宽的动态范围，缺点是在光敏面混合物中C、N、O元素的K吸收边处光谱灵敏度曲线有较大的跃变，这对于获得准确的测量数据尤为不利。软X光CCD相机的使用方便、动态范围大、对XUV光子能量变化灵敏度平缓等优点弥补了XUV胶片的不足，但在将其用作单色光特性标定器件之前，它必须在其他软X射线单色仪(如同步辐射X光单色仪)上，参照其他经绝对标定的探测元件，(包括柯达(Kodak)101软X光胶片，和硅光电二极管等)，完成其自身的光谱响应灵敏度曲线的标定工作(参见已有技术.Schriever G，Lebert R，Naweed A et al，Rev.Sci.Instrum.，1997，683301--3306)。目前，随着二极管技术的发展和特性的确定，以及其低噪声、低造价、使用方便等优点，XUV光电二极管，尤其是100％内量子效率的XUV二极管业已用做二级标准的X光强度或功率探测器，并可进行光谱仪标定方面的工作和X射线源发射特性的研究(参见已有技术.Nijkerk F，Louis E，van Dorssen G E etal.，Appl.Opt.，1994 3382--88)。尤其是近年发展起来的二极管“自标定”结构，使二极管的标定不必借助其他软X射线单色仪和参照其他经绝对标定的探测元件，仅通过单色仪和XUV二极管自身即可完成，大大降低了测试难度。但已有技术中对XUV二极管的标定工作均是在同步辐射X光源上完成的，所以，已有技术的单色仪本身结构庞大，运行费用高是致命的缺点。本技术的目的是提供一种分辨率高、结构紧凑、体积较小的激光等离子体软X射线扫描单色仪，以克服上述已有技术的同步辐射单色X光源不易获取、色散元件分光效率较低、接收器件不能直接标定等不足，增强扫描单色仪的灵活性，降低制造和运行费用，提高扫描单色仪的衍射效率和光谱分辨率，提高扫描单色仪的可操作性，为软X射线色散元件和接收器件的标定工作提供较理想的测量仪器。本技术单色仪的结构含有机械构件、光学元件和电子元件三大部分，如图1、2所示其中机械构件包括前端与真空靶室8窗口密封连接的头部1，头部1后端密封连接有作为谱仪外壳的外套筒6，外套筒6的后端盖有盲盖7，以保持整体单色仪为真空密封。在外套筒6内有悬挂式导轨2，导轨2上置有调整架3、4、5。头部1的中心轴线O1O1与外套筒6的中心轴线O2O2之间有一夹角α，通常情况下，夹角∠α≤10°。调整架5带有自动同步控制装置20。其中光学元件包括沿着由真空靶室8内软X射线源9发射的软X射线束S前进的方向上，在外套筒6内，依次置有矩形光阑14，置于调整架3上的轮胎反射镜15，置于调整架4上有无支撑大面积透射光栅16，置于调整架5上有探测元件18，探测元件18之前与探测元件18同置于调整架5上还有单色扫描狭缝17。在软X射线源9和作为软X射线源9的泵浦源的激光器10之间，沿激光束G的前进方向上，依次置有会聚透镜23和分束镜11。如图2所示。其中电子元件包括与探测元件18输出端相联的信号放大器19，信号放大器19的输出联到存储示波器13上。存储示波器13同时与接收分束镜11反射激光束f起动的外触发器12和数据存储器22相联，数据存储器22与位移传感器21相联，位移传感器21与调整架5的自动同步控制装置20相联。如图2所示。本技术采用轮胎形反射镜15(又称为超环面形镜，简称为轮胎反射镜)，它能以较大的空间收集立体角，收集入射光谱仪的X射线束S并将其成象到探测元件18上；并与矩形光阑14配合，实现对软X射线源9的无象散成象，提高摄谱数据的信噪比和准确性。本技术适合的轮胎反射镜15的子午面的曲率半径范围为4000～7000mm，宽度为40～75mm；弧矢面曲率半径为15～35mm宽度为25～35mm。置反射镜15的调整架3是五维调整架，有三个方向的平动、两个方向的转动共计五个自由度的调节方向。本技术中作分光元件的光栅16采用无支撑大面积透射光栅，光栅的线对数范围是1000～5000g/mm。由于透射光栅的光谱分辨率与光栅的线对数成正比，所以在拍摄短波长光谱区时，较之1000g/mm透射光栅，则5000g/mm透射光栅可获得更大的线色散和更高的光谱分辨率，从而可提供单色性更高的软X射线。为与轮胎反射镜15的大收集立体角相匹配，光栅外形尺寸应大于3×5mm为佳，光栅尽量靠近轮胎反射镜15以在象面上获得较大的线色散和光谱分辨。置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光等离子体软Ｘ射线扫描单色仪，含有机械构件、光学元件和电子元件：＜１＞其中机械构件包括前端与真空靶室（８）窗口密封连接的头部（１），头部（１）后端密封连接有外套筒（６），外套筒（６）后端盖有盲盖（７），在外套筒（６）内的悬挂式导轨 （２）上置有调整架（３）、（４）、（５）；＜２＞其中光学元件包括：沿着由真空靶室（８）内软Ｘ射线源（９）发射的软Ｘ射线束Ｓ前进的方向上，在外套筒（６）内，依次置有矩形光阑（１４），置于调整架（３）上的轮胎反射镜（１５），置于调整架（４） 上的无支撑大面积透射光栅（１６），置于调整架（５）上有探测元件（１８）；＜３＞其中电子元件包括：与探测元件（１８）输出端相联的信号放大器（１９），信号放大器（１９）的输出经过存储示波器（１３）后接到数据存储器（２２）上；其特征在于： ＜４＞调整架（５）带有自动同步控制装置（２０）；＜５＞作为真空靶室（８）内软Ｘ射线源（９）的泵浦源是激光器（１０）；＜６＞在激光器（１０）和软Ｘ射线源（９）之间，沿激光束Ｇ前进方向上，依次有会聚透镜（２３）和分束镜（１１）； ＜７＞置于调整架（５）上在探测元件（１８）之前还有单色扫描狭缝（１７）；＜８＞激光束Ｇ经会聚透镜（２３）后，经分束镜（１１）的透射光束ｔ会聚到软Ｘ射线源（９）上，由分束镜（１１）反射的反射光束ｆ会聚到外触发器（１２）上；＜９＞外触发 器（１２）与存储示波器（１３）相联，存储示波器（１３）联到数据存储器（２２），数据存储器（２２）与位移传感器（２１）相联，位移传感器（２１）联到调整架（５）上的自动同步控制装置（２０）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邓建，徐至展，张正泉，钟方川，覃岭，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]