155mm掠入射平场谱仪的理论研究

介绍了一种用于测量软X线的掠入射平场谱仪,依据变栅距刻线光栅的光路函数,计算了曲率半径为5 649 mm的光栅各点的间距,并推导和计算了入射光源为点光源时在聚焦平面上形成的聚焦点的分布,验证了先前文献中给出的结论.进一步计算了当改变入射距离为155 mm时所形成的像散,理论上验证了缩短入射距离后谱仪的可用性.

掠入射平场谱仪高阶像差的计算

依据变栅距刻线光栅的光路函数,利用建立的光路追踪程序计算了入射距离为155 mm时的高阶像差参量,从而给出了一组优化的光栅参量,减小了缩短距离后所造成的像差。

一种宽波段掠入射平场谱仪的概念设计

等离子体辐射的谱线中包含着等离子体状态的大量信息。因此,探测等离子体状态参数的最有效手段之一就是等离子体辐射的谱线测量。现有的软X射线掠入射平场谱仪由于受到已有掠入射变间距凹面反射光栅的限制,在保持平焦场的情况下,可测量波段范围只有5～40nm。为了扩展掠入射XUV平场谱仪的测谱范围,首先编制了掠入射变间距凹面反射光栅的光路追踪程序。然后与文献[6]同样条件下的结果进行了数值比较,结果表明我们的程序计算结果与Harada等的结果符合的非常好,从而验证了所编制光路追踪程序的可信性。最后利用所编程序对不同掠入射条件下变间距凹面反射光栅的平焦场变化情况进行了详细的数值研究。通过计算和分析表明,在保持软X射线波段范围5～40nm为平场不变的情况下,在45～80nm的超紫外线波段范围内找到了一个满足平焦场条件的平场面直线方程为y=-2.50x＋661.11的平场面,从而利用一块掠入射凹面光栅就可以将掠入射平场谱仪的波长范围从5～40nm扩展到5～80nm。这个结果即从理论上论证了将传统的掠入射平场谱仪从软X射线波段扩展到超紫外线（XUV）波段的可行性,也为提高了掠入射平场凹面光栅的使用性提出了新的设计思路。

可变入射距离平焦场谱仪的概念设计

从理论上证明了可变入射距离的平焦场软Ｘ射线谱仪设计的可行性。对于标称栅距σ０＝（１／１２００）ｍｍ和象差修正项Ｍ２０＝－２０／Ｒ，Ｒ分别为５６４９和６０００ｍｍ的光栅，对不同的入射距离，计算出与平焦场相对应的入射角和成象距离，使一定波长范围内的光谱可以被聚焦在一个平面上，从而提高了变栅距光栅使用的灵活性。同时可通过取消谱仪中入射狭缝，使谱仪的光通量提高约１个量级。

一台入射距离为155mm的XUV平场光谱仪

利用光路追踪程序对不同入射距离的变栅距平场光栅的成像进行了研究和设计。在此基础上研制了一台与传统平场光栅谱仪不同的入射狭逢到光栅中心距离为 1 55mm的掠入射平焦场谱仪。该谱仪的波段范围为 4～ 4 0 nm,光谱分辨率为 0 .0 1 nm。利用该谱仪成功地获得了 Ti元素的激光等离子体光谱。

平场光栅谱仪相对衍射效率测量

以激光碳等离子体作为软Ｘ射线源，同时用平场光栅谱仪、常栅距光栅谱仪测量了类氢和类氦离子谱线强度，以一级谱线强度为标准，给出了平场光栅谱仪高级次光谱的相对衍射效率。

平焦场光栅光谱仪的新用法

计算发现 ,当平焦场光栅光谱仪的光源位置任意变化时 ,总能通过改变光栅的入射角 ,保持光谱焦平面到光栅的距离基本不变。以此为依据提出了平焦场光栅光谱仪的新用法 ,使得该谱仪使用灵活 ,适应性强 ,在极紫外和软 X射线光谱学的有关实验中发挥更大的作用。谱仪的摄谱范围在 5～ 4 0 nm之间。

软x射线平场光谱仪系统的优化设计

采用光线追踪和光路函数的方法 ,优化设计了具有超环面镜的前置光学系统的掠入射软x射线平场谱仪 ,得到了谱仪的谱分辨和空间分辨本领 .波前像差理论和光线追踪程序得到结果均表明 ,优化设计后的软x射线平场谱仪系统在波长为 4— 4 5nm的光谱范围内具有很好谱分辨能力 (λ Δλ >10 0 0 )和空间分辨能力 (优于 4 0 μm) .

用平场光栅谱仪现场标定5FW X光底片

采用像散模式的平场光栅谱仪作为分光元件，点状镁激光等离子体Ｘ射线源为原始光源，获得均匀线状单色软互射线再生源，在此基础上，用多阶梯衰减膜为相对曝光强度标尺，现场标定了上海感光胶片厂生产的５ＦＷ无保护膜Ｘ光底片，给出了５．０ｎｍ～８．０ｎｍ间的底片响应特性．

非点光源情况下平场光栅的成像研究

用光路追踪程序对具有一定尺度的光源通过变栅距凹面光栅后的成像情况进行了研究 .证明了对于非点光源 ,在特定的实验安排下 ,其焦面仍可以在一个平面内 ,同时给出了对于不同入射距离的非点光源形成平焦面的波长范围 .结果还表明 ,当光源尺度与入射距离之比小于 1∶10 0 0时 。