同步辐射软X射线单色仪的进展

介绍了同步辐射单色仪光束线和与之相关的光学技术，阐述了第三代高亮度光源对单色仪光束线提出的新挑战，最后简要介绍了目前国际上主要的同步辐射软Ｘ射线单色仪系统和它们的发展。     

平面光栅双单色仪的光学系统设计

平面光栅双单色仪是构成光栅衍射效率测试仪的重要组成部分,为了完成光栅衍射效率测试仪的研制,需要对平面光栅双单色仪的光学系统进行设计和模拟。仪器主要由光源、前置单色仪、测量单色仪和探测器组成;结合仪器的实际使用需要,确定了光源、探测器和光路结构,根据仪器的设计要求,分别对前置单色仪和测量单色仪的光学系统进行设计和模拟,给出了各自光学系统的像面点列图和实际光线追迹数据。设计结果保证了仪器光学系统的测量准确性。     

300～1100nm宽波段光学系统设计

为了在工业检测中实现可见光探测向近紫外和近红外波段的拓展,在消色差和消热差的要求下,完成了300～1100nm宽波段光学系统设计,并进行了工业检测样机研制.为了获得足够的后工作距,系统采取反远距的结构型式,并在后工作距内放置镀膜棱镜进行三路分光,分别实现近紫外、可见光和近红外成像.通过合理选择透镜材料来达到消色差要求,采用移动透镜来完成消热差设计.系统视场为±3.5°,焦距为66.5mm,F/#为3.3,后工作距为63mm,总长132mm.结果表明:系统在50lp/mm处的MTF均大于0.3,在-10～+50℃温度范围内保持良好成像,成像质量满足实用要求.所研制样机在实验中获得满意结果.系统通过宽波段探测增大了目标信息获取量,在工业检测和农业检测领域具有巨大优势.     

单色仪晶体的应力形变和热缓释研究

报道了一种同步辐射光束线单色仪晶体的真空安装应力形变、热缓释方法及其实验结果,在总功率为210W,最大功率密度为1.28W/mm²时,晶体形变的等效曲率半径大于2000m,最大隆起高度小于0.1μm.     

一种准确聚焦掠入射球面光栅单色仪的光学设计

提出了一种用于低碎屑激光等离子体软X射线光谱测试的球面光栅单色仪的光学设计方案。其设计思想是通过改变衍射光栅的偏向角使入射狭缝在所要求的波段范围内都能准确聚焦在出缝处,分析了系统的在数对单色仪技术指标的影响,优化了设计方案,使系统在13nm处的分辨率λ/Δλ≥2000（狭缝开启50um)。     

凹面全息光栅单色仪设计

提出了单色仪在光纤传感系统中的应用,通过分析Ⅳ型凹面全息光栅的光程函数、像差校正原理和像差校正效果,以光栅为分光元件,设计了一种小型凹面光栅单色仪。单色仪使用自聚焦透镜作为入射狭缝和准直元件,PIN光电二极管作为接收元件,使用步进电机带动凹面光栅旋转扫描光谱。LabVIEW程序控制数据采集卡的数字输出,并显示采集到的光谱。单色仪结构简单、价格低廉,通过实验实现了对单色光的检测。     

小型宽波段凹面全息光栅单色仪的优化设计

随着户外物性分析实验的日渐增多,开发轻小型、便携式,且响应波段范围宽的光谱仪器的需求越来越迫切。根据凹面全息光栅均方根优化理论,设计了一款轻小型宽波段单色仪。该单色仪主要由三块IV型凹面全息光栅和上下两层可旋转的平台组成,三块光栅对称地固定于上层平台上,由一台步进电机带动上层平台旋转实现光栅之间的切换,另一台步进电机带动下层平台旋转实现单块光栅的扫描。三块光栅的响应波长范围分别为400～1000,1000～1700和1700～2500nm,其理论分辨极限分别优于2.5,2.8和4.0nm。并对三块光栅的制作误差和双层平台结构误差进行了分析,结果表明,在能够保证的误差范围内,该单色仪的光谱质量可以较好地满足户外光谱分析的要求。     

Seya-Namioka单色仪中全息光栅设计

本文着重讨论如何应用光程函数理论来确定IV型光栅的记录参数和工作参数,并给出设计实例。     

单色仪的定标实验中汞光谱两条谱线的补充标定

讨论了普通物理光学实验有关教材中单色仪定标实验中定标所依据的汞光谱谱线标定问题，通过实验确定了实验可以明显观察到而未能标定的谱线，对原有教材有关内容给出了必要的补充。     

小型高光谱分辨率光栅单色仪的研制

单色仪是成像光谱仪进行光谱连续定标的必备设备,为了对高光谱成像光谱仪进行连续光谱定标,设计了一种轻小型高光谱分辨率的光栅单色仪。采用水平式Czerny-Turner光路结构,以高光谱分辨率为出发点,通过推导计算,从光栅选型、焦距计算、狭缝尺寸的确定等方面详细论述了光栅单色仪的设计思路,给出仪器的重要必要结构参数,并论述了这些结构参数对仪器光谱分辨率和体积的影响。根据光栅单色仪的光路特点,对入射狭缝组件、准直物镜组件和成像物镜组件、扫描结构、机身等进行轻小型机械结构设计,并给出正弦杆扫描机构的结构参数与仪器输出波长和波长扫描精度的数学关系,完成了仪器的整体结构设计和装调。应用汞灯可见光光谱进行波长定标,采用最小二乘法得到定标曲线,并提出步进数极限误差与定标曲线相结合的方法,求得仪器的波长重复性和波长准确度;仪器在400~800 nm波长范围内,光谱分辨率优于0.1 nm,波长重复性达±0.096 6 nm,波长准确度达±0.096 9 nm。     

同步辐射X射线成像光束线劳厄双晶单色器设计

上海光源X射线成像光束线采用多极扭摆器(wiggler)作为辐射光源, 提出一种劳厄双弯晶单色器的设计方案. 计算结果显示, 可获得固定出口的平行单色光束, 能量调谐范围覆盖19—120keV, 在33keV时, 输出光子通量及通量密度分别为1.9×10¹³phs/s和3.8×10¹⁰phs/s/mm². 分析了劳厄晶体的聚焦及单色化性能, 计算了输出光子通量及单色器的热负载情况. 与传统的双平晶方案相比, 本设计在获得高通量和解决热负载等方面有明显的优越性, 并能有效控制热形变.     

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。     

光栅单色仪最佳分度的判断

本文利用波动光学的简单方法讨论光栅单色仪的分辨极限与步进电机参数的联系,为最佳利用分辨极限提供了简单可行的实验方法,也给出了用步栅单色仪的分辨率可供参考的例证。     

一步法设计单色仪凹面全息光栅

凹面全息光栅是光谱分析仪器的核心器件之一,其成像质量直接决定了光谱分析仪器的分辨本领。利用光程函数理论设计凹面全息光栅是一个繁琐的求解非线性方程组的过程,该过程分两步进行,每步需要求解四个非线性方程。分两步求解不但过程麻烦,还不可避免地引入了取舍误差,降低了最优参数的精度。为了解决该问题,本文提出了一种设计单色仪凹面全息光栅的新方法——一步法,该方法不但可以简化求解过程、降低最优参数的误差,还可以方便地控制整体像差的变化趋势。采用有较强全局搜索能力的遗传算法求解该方法中非线性方程的极值问题,并与传统的方法对比验证了该方法的可行性和正确性,结果表明,一步法不但在方法上比两步法简便,其设计结果还优于两步法。     

极紫外、软X-射线变线距平面光栅单色仪的研究

高性能极紫外、软X射线单色仪的研制对高亮度同步辐射光源的应用具有十分重要的意义。对Itou的变线距平面光栅单色仪作了详细的分析研究,发现它的光栅工作曲线几乎与单色仪的入、出射臂长度等参量无关,仅取决于单色仪设计的边界条件。其曲线方程和SX-700单色仪的完全类似。该单色仪不仅具有很好的光栅效率和高级次谐波抑制性能,而且有利于几条光束线共享一个电子储存环窗口的光路优化设计。     

红外3.7～4.8 μm波段折射/衍射光学系统的消热差设计

研究了衍射光学元件在红外折射/衍射混合光学系统中的消热差特性并给出了具体设计实例,该系统工作波段为3.7～4.8 μm,全视场角为7.12°,满足100%冷光阑效率.系统仅采用硅和锗两种材料,设计结果表明,该系统在-50～100℃温度范围内不仅成像质量接近衍射极限,而且结构简单、体积小、质量轻,适用于像元尺寸为30 μm、像元数320×240的凝视焦平面阵列探测器.     

同步辐射光电子能谱光束线控制系统

同步辐射光电子能谱光束线控制系统是根据设计和使用要求对构成该光束线主要部件进行可靠控制。该控制系统除了满足在线光路部件、机械部件和真空部件等安全精密工作的要求外 ,还要求能使光束线能够以良好的性能为实验站服务。由于系统工作的电磁环境比较恶劣 ,在调试过程中经常发现电子器件、接口电路及电子设备等时常由于强电磁干扰及辐射干扰而损坏。经过多次现场分析和模拟实验之后 ,采用辐射屏蔽和不同形式的抗强电磁干扰措施 ,最终使系统和设备能长期可靠的工作     

光束线光斑位置监测系统

描述了基于CCD摄像的同步辐射光束线光斑位置监测系统.在光束线运行中实时监测光斑与入射狭缝的相对位置.已在国家同步辐射实验室多条光束线安装.对光斑位置及其角度监测的准确度分别达到10.53 μm、2.3 μrad,具有较高的灵敏度.在线监测到同步辐射光斑的垂直抖动0.37 mm、扭转角度83 μrad.说明此时电子束流不稳定,偏离了预计的轨道.同时,为同步辐射光束线的调试和电子束流的诊断提供了可靠的依据.     

8～14μm波段折衍混合红外光学系统的热补偿设计

大多数军用和空间光学仪器的工作环境温度变化范围都较大，温度变化时光学元件的曲率、厚度和间隔都将发生变化，同时元件基体材料的折射率及所在介质的折射率也将发生变化。由于红外光学材料的折射率温度系数dn／dT较大，环境温度对红外光学系统的影响显得尤为严重。因此在红外成像系统中不得不加入主动或被动补偿机构，以补偿温度变化造成像面移动所引起的系统性能的降低。利用衍射元件独特的温度特性实现红外光学系统热补偿设计的方法，设计了波段为8～14μm、视场为16。的折衍混合红外光学系统。该系统使用硒化锌和锗两种红外材料，在一40～60℃的温度范围内的成像质量接近衍射极限，并且体积小、结构简单，重量轻。