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。     

平焦场光栅光谱仪

 介绍了用于X光能谱测量研究的平焦场凹面光栅光谱仪的原理、结构及象差校正的设计方法。利用2 400L/mm的变栅距光栅设计和建立了一台平焦场光栅光谱仪，其测谱范围为1.5～10nm。通过在星光装置上利用该谱仪测量C10H16O6等离子体的发射谱线，对谱仪进行了实验考核，表明该谱仪分辨率达到0.02nm。并成功应用于辐射加热等离子体的吸收谱测量研究中。     

时空分辨平焦场光栅谱仪

 利用2 400 lp/mm或1 200 lp/mm的平焦场光栅谱仪、门控宽微带X光单分幅相机及可见光CCD记录系统建立了一套时空分辨平焦场谱仪X光谱诊断系统。介绍了该谱仪系统的结构、工作原理和实验调试方法。利用该谱仪在星光激光装置上进行了时间分辨铝等离子体发射谱线的实验测量，获得了清晰的时间分辨铝等离子体谱线。在神光Ⅱ装置上初步观测到了时空分辨铝样品吸收谱，谱分辨为0.02～0.05nm。     

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5~40 nm。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5~40 nm为平场不变的情况下,在45~80 nm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5~40 nm扩展到5~80 nm。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。     

155 mm入射距离的XUV平场光谱仪参量设计

 为了缩短掠入射XUV平场谱仪尺寸以方便其使用,利用建立的光路追踪程序优化研究了当入射距离缩短为155 mm,聚焦面仍满足平面的条件下凹面光栅的各参量对谱线成像的影响。计算表明,对于曲率半径为5 649 mm、光栅标称间距为1/1 200 mm的凹面光栅,当入射距离为155 mm,入射角为87.5°,聚焦参量为-21/R,彗差参量为4.655´102/R2时,可以在12 ~ 40 nm波段内得到优化的成像效果。     

基于倾斜场镜的C-T成像光谱仪优化设计

残留谱线弯曲限制了切尔尼-特纳平面光栅光谱仪在成像光谱仪中的应用.本文不同于传统的基于棱镜的光栅谱线弯曲补偿方法,提出了基于倾斜场镜的补偿方法,即在校正场曲的同时对入射到场镜不同区域,不同波长的狭缝像分别进行谱线弯曲校正,且没有改变系统的其它光学特性.对狭缝大小为7.8mm×0.016mm、光谱范围0.31~0.5μm、光谱分辨率0.4nm、物方焦距70mm、1∶1放大倍率的切尔尼-特纳成像光谱仪进行了优化设计,结果全谱段、全视场MTF0.8,点列图RMS半径小于9μm,相对谱线弯曲小于0.2%,满足设计要求.实际设计表明该方法对于可选用光学玻璃有限,且能量较弱的紫外光学系统是一种可选的优化设计方法.     

极紫外平场光栅光谱仪的研制和性能测试

研制了一台高分辨率极紫外光谱仪,用于磁约束等离子体诊断。采用一块具有平场特性的全息球面变线距光栅作为分光元件,光栅公称线密度为1 200 lines·mm-1,掠入射角为3°。一台可深度制冷、背照式面阵CCD作为光谱探测器,用机械快门控制曝光时间。通过CCD在光谱聚焦面的移动,可以记录的光谱范围为5～50 nm。用Penning放电光源测试了光谱仪的性能; 利用光源的标准谱线,进行了波长标定,波长精度为0.003 nm,并计算出系统各参数的实际值;当入缝宽度设置为30 μm时,在20 nm附近,光谱分辨率达0.015 nm,达到设计指标。     

宽谱高分辨平场凹面全息光栅光谱仪设计

为了获得宽谱、高分辨的平场凹面全息光栅,将全息凹面光栅理论、遗传算法、衍射级次空间共用和同时消像差思想融合在一起,提出设计宽谱、高分辨平场凹面全息光栅的方法,给出了实际设计步骤。通过Zemax软件光线追迹仿真具体实例,给出了200～800nm波段的点列图变化曲线[均方根(RMS)约为11μm],以10μm×1mm狭缝入射,其光照度光谱图显示光谱分辨率在200～400nm波段为0.25nm,在400～800nm波段为0.5nm。该方法可以用于设计小型化、实用化的宽谱和高分辨平场凹面全息光栅光谱仪光学系统。     

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。     

小型平焦场光栅光谱仪的研制

采用名义栅距为 1/12 0 0mm、凹面曲率半径为 5 6 49mm的变栅距凹面光栅 ,研制了一种小型平焦场光栅光谱仪。谱仪入射角为 87.45°,物距为 15 5mm。使用“星光Ⅱ”激光装置对该谱仪进行了测谱实验 ,得到用胶片作时间积分光谱记录时谱分辨率不低于 0 .0 15nm。     

掠入射平场光栅谱仪消级次重叠技术的实验研究

利用掠入射反射短波截止原理,成功地实现了平场光栅谱仪的无级次重叠摄谱.实验结果表明,利用该方法来消除平场光栅谱仪中短波长的高级谱对所考察波段的一级谱的影响是简便而有效的.实验获得了镁激光等离子体在4.4～5.6nm,5.9～11.8nm,7.0～14.0nm三个不同波段的近似的纯一级谱.     

高分辨X射线晶体谱仪及其在激光等离子体中的应用

对椭圆型聚焦晶体谱仪配X射线CCD相机的X射线谱测量系统进行了优化设计.优化设计后的椭圆型聚焦晶体谱仪系统的工作距离981.56 mm和摄谱范围0.133～0.756nm,并具有很好的谱分辨本领(λ/Δλ≥1000)和信噪比.新设计的椭圆型聚焦晶体谱仪首次在"神光Ⅱ"X光激光靶室上成功地获得了激光等离子体谱线信息并辨认和归类了一些离子的谱线,同时还给出了实验测定的谱仪能量分辨率.其中一些离子谱线诸如类离子共振线、伴线、互组合线和Ly-α线谱可为下一步诊断激光等离子体的电子温度和离子密度的空间分布轮廓打下了坚实基础.     

平焦场光栅光谱仪

介绍用于X光激光研究的平焦场光栅光谱仪的原理、结构、调整方法及实验考核结果。谱仪采用名义刻线为1200L/mm的变栅距凹面光栅,入射角为87°,摄谱范围为5～30nm。给出了谱仪用底片作时间积分记录时,谱分辨为0.01nm;用国产软X光扫描相机作时间分辨记录时,谱分辨为0.05nm,时间分辨本领约为30ps。     

平面晶体谱仪弯曲谱线波长定标方法

为了满足激光等离子体X射线光谱测量的需要,提出了一种利用平面晶体谱仪记录得到的弯曲谱线来进行波长标定的新方法。传统的参考谱线法需要已知两条以上谱线的确切波长才能进行波长标定,而利用弯曲谱线可以在不知道任何谱线信息的情况下进行波长标定。通过对实验中所获得的铝等离子体Heα自发射谱线弯曲图像的分析,得到在目前所使用的谱仪条件下,该方法的波长定标精度可以达到2×10-4 nm。     

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。     

用于290～450 nm光谱测量的平场光谱仪

介绍了以自扫描光电二极管阵列(SPD)为探测元件的平像场光谱仪。该谱仪采用车尔尼—特纳(Czerny—Turner)正交型结构,光谱分辨力为0．5nm/pixel。介绍了使用标准直流汞灯和标准石英卤素钨灯进行波长定标和辐射定标方法。并利用该平场光谱仪对290～450nm太阳紫外／大气光谱进行了测量,给出了测量结果。讨论了探测器的特性;为抑制温度对测量结果的影响,探测器两端侧某些像元被物理屏蔽,设置其为背景参考像元即哑元,利用哑元进行实时背景扣除方法来抑制温度漂移、暗电流、暗噪声等因素对测量精度的影响。根据仪器结构讨论了狭缝对谱线的影响,给出了狭缝宽度和谱线宽度的对应关系,并对仪器谱面上的相对测量误差进行了分析。     

宽场平谱面全息凹面光栅光谱仪的设计

全息凹面光栅光谱仪具有平谱面、小型化、大孔径、高分辨率等优点。首先从信息光学的角度推导了全息凹面光栅的成像公式,在垂直于狭缝和平行于狭缝的平面上系统分析了全息凹面光栅光谱仪的成像性能;在垂直于狭缝的平面上,全息凹面光栅光谱仪具有良好的平谱面性;在平行于狭缝的平面上,全息凹面光栅光谱仪克服了传统平面光栅的谱线弯曲和色畸变,实现了谱线平直成像;此外指出全息凹面光栅光谱仪固有的弧矢场曲对视场扩展的限制。然后根据理论分析结果提出了结构对称消场曲的全息凹面光栅光谱仪的设计思想,利用ZEMAX软件优化设计了像差补偿型全息凹面光栅光谱仪。在保证相对孔径F#=3、光谱分辨率为20nm/mm、空间分辨率小于25μm等技术指标不变的前提下,设计了狭缝长度为0.4mm的传统单球面镜全息凹面光栅光谱仪和狭缝长度为8mm的像差补偿型全息凹面光栅光谱仪。结果表明,改进后的像差补偿型全息凹面光栅光谱仪成功地将视场扩大为单球面镜全息凹面光栅光谱仪的20倍。     

高分辨椭圆弯晶谱仪在激光等离子体实验中的应用

 描述了用于激光等离子体X射线光谱研究的椭圆弯曲晶体谱仪系统。在“神光Ⅱ”第九路激光上对该谱仪进行标定实验，利用CCD相机成功地获得了激光等离子体铝和钛离子的K壳层和金离子M壳层谱；通过研究和辨认谱线，得到了X射线光谱，同时还给出了实验测定的谱仪分辨率。椭圆弯曲晶体谱仪除有高的收集光子效率外，还有更好的谱分辨和空间分辨率。分析了椭圆弯曲晶体谱仪在前沿科学技术和高技术实验中的应用。     

单色仪波长定标中狭缝设置的影响分析

单色仪作为一种分光仪器，在传感器的辐射定标等方面具有重要应用。在实际应用过程中，其波长和带宽的设置对传感器的精确定标具有重要影响。使用低压汞灯作为波长标准光源，通过对其特征谱线扫描的方法，研究了传感器定标过程中，设置单色仪不同的狭缝宽度，对传感器精确定标具有重要影响。结果显示，当出射入射狭缝相同，同时改变其宽度的情况下，与典型校准状态(出射入射狭缝宽度设置为0.5 mm)相比，波长偏差量达到0.17 nm；当入射狭缝与出射狭缝不一致时，与典型校准状态相比，波长偏差量达到0.18 nm；当光源未充满入射狭缝与充满入射狭缝相比，最大误差达到0.02 nm，该影响几乎可以忽略。在相关的传感器光谱辐射定标实验研究中，单色仪的定标精度和准确性评估等方面具有重要应用。     

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。