透射光栅的实验标定和衍射效率的理论模拟

透射光栅广泛应用于软X射线能谱测量.为了获得用于惯性约束聚变研究的透射光栅的各级衍射效率及其他参数,在北京同步辐射源上200—1600 eV能量范围内对其进行了标定,获得了透射光栅衍射效率的实验结果.扩展了透射光栅衍射效率的计算方法,提出了7边准梯形截面衍射效率计算模型.分析拟合了实验数据,理论结果与实验结果很好符合.得到了7边准梯形的透射光栅栅线截面结构. 关键词： 透射光栅 衍射效率 实验标定 光栅模型     

高线密度X光透射光栅衍射效率

高线密度X光透射光栅是各种高分辨光栅摄谱仪的核心色散元件,为了获得较高的光谱分辨率,工作在2~5 keV能区的光谱仪需要使用5000 l/mm的X射线透射光栅。为了获得光栅的绝对衍射效率,采用同步辐射光在多个能点对5000 l/mm的X光透射光栅进行衍射效率实验标定,通过光栅相对衍射效率拟合获得了光栅结构参数,与光栅结构测量结果非常接近。然后,采用衍射效率的矩形栅线模型,计算得到了光栅的绝对衍射效率。     

透射光栅衍射效率的通用模型

在远场条件下采用夫朗和费衍射近似,经过波动光学的计算推导,得到透射光栅各级绝对衍射效率及相对衍射效率通用计算模型. 此模型可以用来计算任意栅线截面情况下透射光栅的衍射效率. 利用此模型,分别建立了矩形、梯形和5边准梯形截面的衍射效率计算模型,并对模型正确性进行了验证. 关键词： 透射光栅 衍射效率 数值模拟     

软X射线能谱定量测量技术研究

采用每毫米1000线的自支撑透射光栅配上背照射软X射线CCD(charge coupled device)组成了透射光栅谱仪,利用北京同步辐射装置(BSRF)3W1B光束线软X射线实验站上X射线源分别对透射光栅的衍射效率和软X射线CCD的响应灵敏度进行了准确的实验标定,获得了150eV到1500eV能区的绝对衍射效率和响应灵敏度的实验结果;同时在国内外研究工作的基础上,发展了自己的透射光栅衍射效率理论计算模型和X射线CCD响应灵敏度计算模型,开展了相应的理论计算和实验标定结果比对工作,理论和实验符合较好,     

高谱分辨X光能谱诊断技术

 采用国内首次研制出的2 000线/mm的自支撑透射光栅配上背照射软X光CCD(charge coupled device)组成了高谱分辨透射光栅谱仪。通过实验标定和理论模型计算相结合得到了高线对透射光栅的绝对衍射效率；同时建立了透射光栅谱仪测谱解谱方法，编制了相应的解谱程序。在“神光”激光装置上利用该谱仪通过激光打靶实验获得了金腔靶注入口发射的X光能谱定量实验结果，实验结果表明，该谱仪测谱范围在高能区达到6 000eV,谱分辨达到0.1nm，能够清晰地分辨金等离子体M带三峰分布X光谱结构。     

透射光栅对软X射线衍射效率的研究

在北京同步辐射源上，对无底衬透射光栅在844eV X射线能量点的绝对衍射效率进行了实验标定，利用光栅模型，得到了光栅所有结构参数，并由此得到了透射光栅对100—2000eV能区软X射线的各级绝对衍射效率理论计算曲线. 关键词：     

弱谐波情况下透射光栅衍射效率标定方法

同步辐射光源中的高次谐波会使透射光栅衍射效率标定精度变差。为了校正光源中的高次谐波对透射光栅衍射效率标定的影响,提出了一种光源存在弱谐波情况下的透射光栅衍射效率标定方法,通过使用谐波X射线的衍射效率修正基波衍射效率标定中谐波的影响,从而得到更为准确的透射光栅衍射效率。使用该标定方法在北京同步辐射光源上开展了透射光栅相对衍射效率标定工作。实验结果表明:在100~800eV存在高次谐波能段,修正后透射光栅一级与零级的相对衍射效率与理论模拟结果吻合较好,修正后光栅二级与一级的相对衍射效率更接近理论模拟结果,但与理论模拟结果仍有较大偏差,该偏差主要来源光栅较弱的二级衍射。     

1维介质光栅近场及其衍射的FDTD分析

 应用FDTD方法计算了单色平面波斜入射时1维介质光栅的近场，进而求出介质光栅的衍射效率。借助于周期边界条件，整个计算区域为周期结构的一个单元。考虑入射波在两种介质界面上会产生反射和透射，故在总场边界上引入入射波、反射波和透射波。给出了光栅单元截面为矩形和梯形的算例。该方法可用于斜入射情形下具有复杂结构和任意单元截面的介质栅近场及其衍射特性分析。     

3333lp/mm X射线透射光栅的研制

针对X射线透射光栅摄谱仪中的高线密度光栅,研究了采用电子束曝光和X射线曝光技术结合制作高线密度X射线透射光栅的工艺技术.首先利用电子束曝光和微电镀技术在镂空的薄膜上制备母光栅X射线掩模版,然后利用X射线曝光和微电镀技术小批量复制光栅.在国内首次完成了3333lp/mm X射线透射光栅的研制,栅线宽度为150nm,周期为300nm,金吸收体厚度为500nm.衍射效率标定的结果表明,该光栅的占空比合理、侧壁陡直,具有良好的色散特性,能够满足空间探测、同步辐射和变等离子诊断等多个领域的应用.     

对称面形光栅TE模的衍射特性

本文采用耦合波方法计算了对称面形光栅的衍射效率,分析了光栅截面面形为正弦、三角形、矩形、梯形光栅衍射效率与光栅周期、沟槽深度的关系,计算了光栅的峰值衍射效率。理论计算表明:合理地选择光栅周期、沟槽深度,对称面形光栅都可以达到很高衍射效率,接近100%;光栅的峰值衍射效率基本出现在Bragg衍射且光栅的周期等于衍射波长时。     

透射光栅衍射率的实验标定和数值计算

简要介绍了实验室中使用的三种透射光栅的结构，在北京同步辐射源上实验标定了这些光栅的相对衍射效率。借助于光栅模型，得到了光栅的重要结构参数，并对光栅的绝对衍射效率进行模拟计算和讨论。     

透射光栅谱仪的整体标定

 提出了透射光栅谱仪整体标定的建议,并在北京同步辐射源上首次对ICF实验中所用的透射光栅谱仪进行了整体标定, 获得了与分别标定基本一致的结果。与分别标定相比,整体标定具有实验步骤少、实验数据处理简单、标定结果使用更加直接等优点。     

光栅平视显示器畸变的测量

 光栅平视显示器的畸变严重影响对目标的观察、定位、测量与分析, 其定量测量是装配调试过程中亟待解决的问题。结合光栅平视显示器工作原理及其畸变产生原因,利用光电测量技术对光栅平视显示器的畸变测量进行了深入研究。针对不同原因引起的光栅平视显示器畸变建立畸变测量系统,并对其探测器进行标定;利用标定后的CCD探测器实现对光栅平视显示器的畸变测量,并对其畸变测量不确定度进行了分析。实验表明,该畸变测量系统测量光栅平视显示器相对畸变的测量不确定度为0.5%。     

T-matrix analysis of electromagnetic wave differaction from a Fourier grating

This paper is described for T-matrix analysis of the electromagnetic wave diffraction from a Fourier grating that the boundary value problem is treated by applying the extended boundary condition. The rigorous form of the expression of matrix elements is presented in the term of Bessel functions of the first kind. The error of power conservation versus the truncated number has been examined for mode number. Diffraction efficiencies versus groove depth and wavelength for a second or third harmonic wave of Fourier grating have been discussed. Numerical results are in good agreement with those obtained from other method and experimental values. Reasonable numerical results are presented for a groove depth per period of the Fourier grating less than 0.25.     

小周期二元光学元件的矢量分析

详细地介绍了一种可用于分析大口径大视场二元光学系统的光栅矢量分析法－－ＢＫＫ 种方法适用于光栅周期处于波长量级、任意光栅轮廓及倾斜入射时的衍射率计算。给出 计算结果,并与标量近似计算结果进行比较 。     

对正负一级能量之比测量光栅参量方法的改进

提出利用同一波长的入射光在双面入射时两个能量之比的比值对光栅的参量进行测量,进一步提高准确度。首先从理论上比较正弦面形光栅在单一面入射及双面入射时各种衍射效率对光栅表面粗糙度的敏感程度;然后模拟测量出该正弦面型光栅在双面入射情况下的光栅参量;最后成功反演出体积相位全息光栅的三个参量,其测量结果为0.080μm,1.452μm,20.5μm准确度比单一入射面情况(0.080μm,1.451μm,20.1μm)时要高。同时该法继承了原来方法的无损伤、操作简便、可重复、易推广、成本低等优点。