【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光谱分析设备，具体而言，涉及一种对于极紫外和x射线的光谱分离方法和光谱仪。
技术介绍
1、极紫外与x射线光源在科学探索与工业研发领域具有重要作用，目前，在世界范围内，已建造了诸多同步辐射、自由电子激光器、激光等离子光源、高次谐波激光等光源设施，用于产生极紫外和x射线激光，并用于材料、生化、医疗等领域的研究。在极紫外与x射线光源使用的过程中，常需要对光源的光谱进行探测，或者需要从多波长的激光中分离出单色化的激光来应用。例如瞬态光谱分析实验需要记录谐波光谱随时间动态变化，在角分辨电子能谱与相干衍射成像需用到单色化且聚焦的光束。因此极紫外与x射线光源在诸多应用场景下，通常还需要在技术上解决光谱探测、光谱单色化分离、光束聚焦等问题。
2、极紫外与x射线对应的电磁波波长很短(极紫外：10-121nm，x射线：0.01-10nm)，各类光学材料对波长小于100nm的电磁波普遍具有强吸收，这导致折射式色散、聚焦方案(例如棱镜、透镜)难以应用在极紫外与x射线波段。因此，极紫外与x射线波段的光谱仪通常采用反射式的衍射光栅来分离光谱，而光束聚焦常采用凹面反射镜，并采用掠入射方式来提高反射率。但是目前的光谱仪的光谱分析存在各种各样的问题，例如：现有技术中提出了一种光谱仪，采用聚焦镜与衍射光栅结合在一起的方案，这种结构虽然保证整体使用器件较少，但是总体效率较低，约为15％；现有技术还提出了一种光谱仪，采用了三个器件来避免像差，分别分两个聚焦镜和一个衍射光栅，其虽然能够实现聚焦输出，但是整体采用器件过多、装置较为复杂且器件之间难
3、也就是说，现有技术中的极紫外和x射线的光谱分离存在效率低和装置复杂的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供一种对于极紫外和x射线的光谱分离方法和光谱仪，以解决现有技术中的极紫外和x射线的光谱分离存在效率低和装置复杂的问题。
2、为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种对于极紫外和x射线的光谱分离方法，包括以下步骤：步骤s1：获取入射光束，入射光束至少包含极紫外和x射线波段的光谱；步骤s2：获取光谱仪的聚焦镜，使入射光束以掠入射角射入聚焦镜，聚焦镜将入射光束进行会聚；步骤s3：获取光谱仪的圆锥衍射光栅，圆锥衍射光栅用于接收聚焦镜输出的会聚光并进行衍射分光，以将不同波段的入射光束进行分离；步骤s4：调整聚焦镜与圆锥衍射光栅之间的相对位置，以使得聚焦镜与圆锥衍射光栅之间产生的像差相互抵消，同时使圆锥衍射光栅输出聚焦光束。
3、进一步地，在步骤s2中，聚焦镜将入射光束进行会聚并以反射形式输出；在步骤s4中，圆锥衍射光栅将不同波段的入射光束以反射形式分离输出。
4、进一步地，步骤s4还包括：步骤s41：确定圆锥衍射光栅的零级反射位置；步骤s42：调整聚焦镜的旋转角度，使得聚焦镜输出的会聚光在圆锥衍射光栅上发生零级反射，并使得圆锥衍射光栅输出的聚焦光束聚焦在光谱仪的光谱探测面上。
5、进一步地，在步骤s42中，调整聚焦镜的旋转角度，以使圆锥衍射光栅的衍射阶次m、入射光束的波长λ、圆锥衍射光栅的光栅刻线间距d、光束入射圆锥衍射光栅的角度γ2、光束入射圆锥衍射光栅的高度角α与圆锥衍射光栅输出的聚焦光束的高度角β之间满足：mλ/d＝sinγ2(sinα+sinβ)。
6、进一步地，在步骤s42中，聚焦镜具有旋转中心轴，旋转中心轴与圆锥衍射光栅平行。
7、进一步地，在步骤s2中，聚焦镜为轮胎镜。
8、进一步地，在步骤s2中，聚焦镜为椭球镜。
9、进一步地，在步骤s2中，入射光束以第一掠入射角射入聚焦镜，在步骤s3中，聚焦镜输出的会聚光以第二掠入射角射射入圆锥衍射光栅，第一掠入射角等于第二掠入射角；或者第一掠入射角不等于第二掠入射角。
10、进一步地，在步骤s3中，设置圆锥衍射光栅的密度在大于等于200线/mm且小于500线/mm的范围内；或者设置圆锥衍射光栅的密度在大于等于500线/mm且小于等于5000线/mm的范围内。
11、进一步地，在步骤s1中，入射光束的波长范围满足大于等于0.1nm且小于等于200nm。
12、进一步地，在步骤s42中，光谱探测面上接收到的聚焦光束的直径在大于等于1微米且小于等于1000微米的范围内。
13、根据本专利技术的另一方面，提供了一种光谱仪，光谱仪为上述的光谱仪，光谱仪沿光路传输方向至少包括光源、聚焦镜和圆锥衍射光栅，光源至少能够发射极紫外光束和x射线光束，聚焦镜用于接收光源发射的光束并将光束聚焦并反射至圆锥衍射光栅，圆锥衍射光栅用于接收聚焦镜的光束并进行衍射分光，以将不同波段的光束分离出射至光谱仪的光谱探测面上。
14、应用本专利技术的技术方案，一种对于极紫外和x射线的光谱分离方法包括以下步骤：步骤s1：获取入射光束，入射光束至少包含极紫外和x射线波段的光谱；步骤s2：获取光谱仪的聚焦镜，使入射光束以掠入射角射入聚焦镜，聚焦镜将入射光束进行会聚；步骤s3：获取光谱仪的圆锥衍射光栅，圆锥衍射光栅用于接收聚焦镜输出的会聚光并进行衍射分光，以将不同波段的入射光束进行分离；步骤s4：调整聚焦镜与圆锥衍射光栅之间的相对位置，以使得聚焦镜与圆锥衍射光栅之间产生的像差相互抵消，同时使圆锥衍射光栅输出聚焦光束。
15、本申请仅采用聚焦镜和圆锥衍射光栅的两个器件即可实现对极紫外和x射线的混合入射光束的衍射分光，从而将极紫外光束和x射线光束分离并聚焦射入光谱仪的光谱探测面，节省了光学器件，结构简单，同时降低了成本，同时有利于提高光束传输效率。通过调整聚焦镜与圆锥衍射光栅之间的相对位置，从而使得聚焦镜与圆锥衍射光栅之间产生的像差相互抵消，同时使圆锥衍射光栅输出聚焦光束，这样设置使得聚焦镜与圆锥衍射光栅之间的相对位置关系是可调节的，以使得聚焦镜输出的会聚光以所需衍射条件射入圆锥衍射光栅中，从而使得圆锥衍射光栅在实现衍射分光功能的同时输出聚焦的光束，同时能够二者之间产生的像差相互抵消，在消除像差的同时提高总体效率。
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1.一种对于极紫外和X射线的光谱分离方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的对于极紫外和X射线的光谱分离方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的对于极紫外和X射线的光谱分离方法，其特征在于，所述步骤S4还包括：
4.根据权利要求3所述的对于极紫外和X射线的光谱分离方法，其特征在于，在所述步骤S42中，
5.根据权利要求3所述的对于极紫外和X射线的光谱分离方法，其特征在于，在所述步骤S42中，所述聚焦镜(20)具有旋转中心轴(21)，所述旋转中心轴(21)与所述圆锥衍射光栅(30)平行。
6.根据权利要求1所述的对于极紫外和X射线的光谱分离方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述聚焦镜(20)为轮胎镜(22)。
7.根据权利要求1所述的对于极紫外和X射线的光谱分离方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述聚焦镜(20)为椭球镜。
8.根据权利要求1所述的对于极紫外和X射线的光谱分离方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述入射光束(10)以第一掠入射角射入所述聚焦镜(20)，在所述
9.根据权利要求1所述的对于极紫外和X射线的光谱分离方法，其特征在于，在所述步骤S3中，
10.根据权利要求1所述的对于极紫外和X射线的光谱分离方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述入射光束(10)的波长范围满足大于等于0.1nm且小于等于200nm。
11.根据权利要求3所述的对于极紫外和X射线的光谱分离方法，其特征在于，在所述步骤S42中，所述光谱探测面(40)上接收到的聚焦光束的直径在大于等于1微米且小于等于1000微米的范围内。
12.一种光谱仪，其特征在于，所述光谱仪为权利要求1至11中任一项所述的光谱仪，所述光谱仪沿光路传输方向至少包括光源、聚焦镜(20)和圆锥衍射光栅(30)，所述光源至少能够发射极紫外光束和X射线光束，所述聚焦镜(20)用于接收所述光源发射的光束并将所述光束聚焦并反射至所述圆锥衍射光栅(30)，所述圆锥衍射光栅(30)用于接收所述聚焦镜(20)的光束并进行衍射分光，以将不同波段的光束分离出射至所述光谱仪的光谱探测面(40)上。
...【技术特征摘要】
1.一种对于极紫外和x射线的光谱分离方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的对于极紫外和x射线的光谱分离方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的对于极紫外和x射线的光谱分离方法，其特征在于，所述步骤s4还包括：
4.根据权利要求3所述的对于极紫外和x射线的光谱分离方法，其特征在于，在所述步骤s42中，
5.根据权利要求3所述的对于极紫外和x射线的光谱分离方法，其特征在于，在所述步骤s42中，所述聚焦镜(20)具有旋转中心轴(21)，所述旋转中心轴(21)与所述圆锥衍射光栅(30)平行。
6.根据权利要求1所述的对于极紫外和x射线的光谱分离方法，其特征在于，在所述步骤s2中，所述聚焦镜(20)为轮胎镜(22)。
7.根据权利要求1所述的对于极紫外和x射线的光谱分离方法，其特征在于，在所述步骤s2中，所述聚焦镜(20)为椭球镜。
8.根据权利要求1所述的对于极紫外和x射线的光谱分离方法，其特征在于，在所述步骤s2中，所述入射光束(10)以第一掠入射角...
【专利技术属性】
技术研发人员：张晓世，李捷，李逵，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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