一种用于产生双色X射线的光栅单色器制造技术

本实用新型专利技术提供一种用于产生双色X射线的光栅单色器，包括沿一水平的入射光的光路走向依次排布且位于同一水平面上的光栅、反射镜、可调狭缝和聚焦偏转系统，聚焦偏转系统发射出射光；光栅为双线密度刻蚀光栅；光栅和出射光位于入射光所在的第一光轴上，反射镜与可调狭缝的中心均位于与入射光的入射方向平行的第二光轴上；入射光为宽谱的自由电子激光。本实用新型专利技术的光栅单色器采用双线密度刻蚀光栅，使得入射光打在这种光栅上时能够遇到两种不同周期的刻线，从而通过衍射作用将两种分立波长的单色光沿同一角度衍射，并通过平面镜的反射和狭缝的波长选择来选出两种波长的全相干双色X射线，弥补了常规的光栅单色器不能产生双色X射线的缺点。色X射线的缺点。色X射线的缺点。

【技术实现步骤摘要】
一种用于产生双色X射线的光栅单色器


[0001]本技术涉及X射线光学仪器领域，具体涉及一种用于产生双色X 射线的光栅单色器。

技术介绍

[0002]自由电子是激光是一种本身光谱带宽相对较窄(也称作纵向相干性好，带宽约0.2
‑
0.5％)的光源，但离全相干差距很大，但是有些用户为了实现一些前沿的研究，希望使用全相干的光(光谱带宽非常窄，接近傅里叶极限)。最常见的自放大自发辐射模式发出的自种子型自由电子激光的频谱如图1所示，其中包括很多毛刺，全相干就意味着选取下图中一个毛刺，这样带宽就会非常窄(约0.01％)，就会接近全相干，这种过程叫做单色。
[0003]X射线单色器是一种重要的光学仪器，被广泛应用于各领域的光学测量和光谱单色等方面。对于软X射线波段，一般采用基于光栅的X射线单色器。现有的单色器一般用于产生单一波长的单色光，目前没有报道能够同时产生双波长的双色全相干X射线。
[0004]X射线光栅是一种重要的光学元件，具有对一定波长的光产生色散的功能，被广泛应用于单色器、光学光谱仪等领域。现有X射线光栅都是采用统一线密度，目前还没有一种光栅可以用于单色器并同时产生双波长的双色的相干X射线。
[0005]近年来，产生双色全相干X射线已经成为自由电子激光领域的一大重要发展方向，全相干双色X射线为两个分立波长的单色光，这种光在自由电子激光领域中称为双色，在泵浦探测前沿领域的研究实验中非常有用。基于光栅单色器的自种子型自由电子激光可以产生全相干的脉冲辐射，然而受限于目前没有能够产生双色X射线的单色器，因此该方案不能用于产生双色X 射线。

技术实现思路

[0006]本技术的目的在于提供一种用于产生双色X射线的光栅单色器，以通过自种子型自由电子激光产生全相干双色X射线。
[0007]本技术提供一种用于产生双色X射线的光栅单色器，其安装于一自种子型自由电子激光装置中，其特征在于，包括沿一水平的入射光的光路走向依次排布且位于同一水平面上的一光栅、一反射镜、一可调狭缝和一聚焦偏转系统，聚焦偏转系统发射一双色的出射光；所述光栅为双线密度刻蚀光栅；所述光栅和聚焦偏转系统发射的出射光位于所述入射光所在的第一光轴上，且反射镜与可调狭缝的中心均位于与所述入射光的入射方向平行的第二光轴上；所述入射光为宽谱的自由电子激光。
[0008]所述光栅上设有两种线密度不同的光栅刻线，所述双线密度光栅设有对应的机械调节机构；光栅的机械调节机构设置为沿着入射光的入射方向移动光栅，以切换入射光的光斑打在光栅的子午方向上的位置，使得同一光斑同时打在两种光栅刻线的镀膜上；且光栅的机械调节机构还设置为对光栅进行转动调节，以改变入射光入射到光栅上的掠射角。
[0009]所述反射镜和狭缝均设有对应的机械调节机构；所述反射镜的机械调节机构设置
为使得反射镜绕一第二转动轴转动，该第二转动轴与光栅的表面的中心的连线垂直于入射光的入射方向，且第二转动轴的位置位于第一光轴和第二光轴的对称轴上；狭缝的调节机构设置为使得狭缝沿着入射光的入射方向移动并且调节狭缝的开口大小。
[0010]所述光栅包括基底、设于基底上的镀膜和刻蚀于镀膜上的两种线密度不同的光栅刻线。
[0011]所述光栅的镀膜的材料为同一种，所述镀膜的材料为金、铂中的一种，并且两种光栅刻线分别设置于沿竖直方向延伸的分界线的两侧。
[0012]两种光栅刻线的延伸方向为竖直方向，且光栅刻线的线密度根据需要产生的出射光的两个波长和入射光的掠射角并利用衍射条件的公式来确定；所述衍射条件的公式为：
[0013]n1λ1＝2d1(sinθ1‑
sinα)，n2λ2＝2d2(sinθ2‑
sinα)，
[0014]其中，λ1、λ2分别为出射光的两个波长，d1、d2分别为两种光栅刻线的两个线密度的倒数，n1、n2为两种不同的光栅刻线所分别对应的两个谐波次数，θ1、θ2为两种不同的光栅刻线所分别对应的两种衍射角，α为入射角。
[0015]入射光的掠射角为1度，需要产生的出射光的两个波长分别为1.243 纳米和1.253纳米，两种光栅刻线的线密度分别为1840线/毫米和1820线/ 毫米。
[0016]所述光栅为柱面光栅，在其子午方向上具有子午半径，用于使得光在光栅的子午方向上聚焦；所述狭缝处于光在光栅的子午方向上的聚焦位置上。
[0017]所述聚焦偏转系统设置为分别对来自狭缝的光进行子午和弧矢方向的聚焦，使得出射光偏转到入射光所在的第一光轴上且沿入射光的入射方向传播；所述聚焦偏转系统包括位于第二光轴上和所述狭缝的下游的第一偏转镜，以及位于第一光轴上和该第一偏转镜的下游的第二偏转镜。
[0018]第一偏转镜和第二偏转镜的其中一块可以是在其子午方向聚焦的柱面镜，另一块可以是在其弧矢方向聚焦的柱面镜；或者，第一偏转镜和第二偏转镜的其中一块可以是在其子午方向和其弧矢方向聚焦的环面镜，另一块可以是平面镜。
[0019]本技术的用于产生双色X射线的光栅单色器采用双线密度刻蚀光栅，使得当入射光打在这种光栅上时，能够遇到两种不同周期的刻线，从而通过衍射作用将两种分立波长的单色光沿同一角度衍射，并通过平面镜的反射和狭缝的波长选择衍射角度，来选出两种波长的全相干双色X射线，弥补了常规的光栅单色器不能产生双色X射线的缺点；此外，该单色器用于自由电子激光领域自种子型自由电子激光，从而产生高亮度、全相干、双色X射线自由电子激光。另外，本技术的光栅单色器的光栅和反射镜都设置为沿各自的转动轴转动，在调节过程中只需通过合理设置两者的转动角度，就可以产生不同光子能量的全相干双色X射线，简单易实现。
附图说明
[0020]图1是目前常见的自放大自发辐射模式发出的自种子型自由电子激光的频谱图；
[0021]图2是根据本技术的一个实施例的用于产生双色X射线的光栅单色器的简图；
[0022]图3是如图1所示的用于产生双色X射线的光栅单色器的光栅结构示意图；
[0023]图4是如图1所示的用于产生双色X射线的光栅单色器的光子能量扫描的方式示意图。
具体实施方式
[0024]下面结合实施例和附图对本技术作进一步说明，但不应以此限制本技术的保护范围。
[0025]如图2所示是根据本技术的一个实施例的用于产生双色X射线的光栅单色器的连接关系图。所述X射线光栅单色器基于双线密度刻蚀的光栅，在本实施例中，其基于柱面双线密度刻蚀光栅。
[0026]如图2所示，本技术的用于产生双色X射线的光栅单色器安装于一自种子型自由电子激光装置中(具体安装于自种子型自由电子激光装置的波荡器中)，其包括：沿一水平的入射光的光路走向依次排布且位于同一水平面上的一光栅1、一反射镜2、一狭缝3以及一聚焦偏转系统4，聚焦偏转系统4发射一出射光，该出射光为全相干双色X射线。光栅1、反射镜2、狭缝3分别设有光栅的机械调节机构51、反射镜的机械调节机构52、狭缝的机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于产生双色X射线的光栅单色器，其安装于一自种子型自由电子激光装置中，其特征在于，包括沿一水平的入射光的光路走向依次排布且位于同一水平面上的一光栅(1)、一反射镜(2)、一可调狭缝(3)和一聚焦偏转系统(4)，聚焦偏转系统(4)发射一双色的出射光；所述光栅(1)为双线密度刻蚀光栅；所述光栅(1)和聚焦偏转系统(4)发射的出射光位于所述入射光所在的第一光轴(I)上，且反射镜(2)与可调狭缝(3)的中心均位于与所述入射光的入射方向(100)平行的第二光轴(II)上；所述入射光为宽谱的自由电子激光。2.根据权利要求1所述的用于产生双色X射线的光栅单色器，其特征在于，所述光栅(1)上设有两种线密度不同的光栅刻线(13)，所述双线密度光栅(1)设有光栅的机械调节机构(51)；光栅的机械调节机构(51)设置为沿着入射光的入射方向(100)移动光栅(1)，以切换入射光的光斑打在光栅(1)的子午方向(300)上的位置，使得同一光斑同时打在两种光栅刻线(13)的镀膜(12)上；且光栅的机械调节机构(51)还设置为对光栅(1)进行转动调节，以改变入射光入射到光栅(1)上的掠射角。3.根据权利要求2所述的用于产生双色X射线的光栅单色器，其特征在于，所述反射镜(2)和狭缝(3)分别设有反射镜的机械调节机构(52)和狭缝的机械调节机构(53)；所述反射镜的机械调节机构(52)设置为使得反射镜(2)绕一第二转动轴(O)转动，该第二转动轴(O)与光栅(1)的表面的中心的连线垂直于入射光的入射方向(100)，且第二转动轴(O)的位置位于第一光轴(I)和第二光轴(II)的对称轴上；狭缝(3)的机械调节机构(53)设置为使得狭缝(3)沿着入射光的入射方向(100)移动并且调节狭缝(3)的开口大小。4.根据权利要求1所述的用于产生双色X射线的光栅单色器，其特征在于，所述光栅(1)包括基底(11)、设于基底(11)上的镀膜(12)和刻蚀于镀膜(12)上的两种线密度不同的光栅刻线(13)。5.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：张开庆，冯超，刘涛，邓海啸，刘波，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：新型
国别省市：