一种高谱分辨与宽谱测量范围的透射光栅谱仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于X射线成像领域，具体涉及一种高谱分辨与宽谱测量范围的透射 光栅谱仪。
【背景技术】
[0002] 对X射线谱的能谱、能量和时空分布的测量已广泛应用于流体物理、材料科学、表 面科学、聚变物理和天体物理中。以激光聚变为例，通过研究激光与等离子体相互作用发射 的X射线谱，可以了解等离子体的详细特性，包括等离子体电子温度、离子温度以及演变过 程等。透射光栅谱仪作为软X射线谱诊断的一个重要仪器，由于具有谱分辨高、测谱范围宽 及结构简单，已广泛应用于软X射线谱的精密测量。
[0003] 现有的透射光栅谱仪，是将透射光栅和扫描相机耦合来获得时、空分辨光谱，且透 射光栅均为同一线对密度光栅，在获得时间分辨X射线光谱过程中，存在着以下不足：1. 单独使用低线对密度光栅，可以测量较大范围光谱，但由于条纹相机光阴极长度限制，所测 得的光谱分辨率亦受到限制；2.单独使用高线对密度光栅，可提高所获得的光谱分辨率， 但由于条纹相机光阴极长度的限制，所测光谱范围受到限制。
【发明内容】
[0004] 本实用新型要解决的技术问题是提供一种高谱分辨与宽谱测量范围的透射光栅 谱仪。
[0005] 本实用新型的技术方案如下：
[0006] 本实用新型的高谱分辨与宽谱测量范围的透射光栅谱仪，其特点是，所述的透射 光栅谱仪包括入射狭缝元件、透射光栅元件和条纹相机，所述的入射狭缝元件、透射光栅元 件和条纹相机在光路的z方向依次排布。所述的透射光栅元件上包含低线对密度光栅和高 线对密度光栅。所述的条纹相机上包含光阴极狭缝元件和光阴极元件，所述的光阴极狭缝 元件和光阴极元件在光路的z方向依次排布。
[0007] 当激光作用于靶材上时，产生X射线，产生的X射线源通过入射狭缝元件，经低线 对密度光栅和高线对密度光栅色散作用，形成两个分辨率不同的光谱，在条纹相机前加入 光阴极狭缝元件，来减小两光栅色散光的干扰，挡除多余的光谱，后经条纹相机扫描，即可 得到X射线光谱。其中，X射线源到透射光栅的距离为L 1，透射光栅元件到光阴极狭缝元件 的距离为l2。
[0008] 所述的入射狭缝元件固定于透射光栅元件前面，入射狭缝元件上刻有狭缝A和狭 缝B。狭缝A的长度大于低线对密度光栅的长度，中心与低线对密度光栅的中心在z方向 重合；狭缝B的长度大于高线对密度光栅的长度，中心与高线对密度光栅的中心在z方向重 合。狭缝A和狭缝B的宽度均为D 1，狭缝宽度与光栅谱仪谱分辨率有关。
[0009] 所述的透射光栅元件上包含低线对密度光栅和高线对密度光栅。低线对密度光栅 线对密度为1000到2000线对/毫米；高线对密度光栅线对密度为2000到5000线对/毫 米。低线对密度光栅和高线对密度光栅内侧边缘在X方向相距距离其值大小由所测光 谱宽度决定；低线对密度光栅和高线对密度光栅中心在y方向相距距离Y。，其值大小由所 测光谱范围及光谱分辨率决定。低线对密度光栅用来测量低能段软X射线区域，高线对密 度光栅用来测量中能段软X射线区域。低线对密度光栅所测量的最短和最长波长分别为 $和％，高线对密度光栅所测量的最短和最长波长分别为Λ和爲 $:。光谱分辨率的公式如 下：
[0011] 式（1)中d是光栅周期，s是X射线源的光斑尺寸。
[0012] 所述的条纹相机上包含光阴极狭缝元件和光阴极元件。所述的光阴极狭缝元件和 光阴极元件在光路的z方向水平排布。
[0013] 所述的光阴极狭缝元件上刻有狭缝C和狭缝D。狭缝C底端与狭缝D顶端在y方 向对称，狭缝D底端中心与高线对密度光栅中心在z方向重合。狭缝C和狭缝D宽度均为 D2。狭缝C长度为Y1，狭缝D长度为Y2。狭缝C与狭缝D内侧边缘在X方向相距距离X。，狭 缝C与狭缝D宽度。
[0014] 所述的光阴极狭缝元件固定于光阴极元件前，光阴极狭缝元件上刻有两个长度不 同、宽度相等的狭缝，两狭缝水平相距距离X。。
[0015] 光阴极狭缝可减小光栅色散光的干扰，挡除多余的光谱，为获得时间分辨光谱关 键器件。同时，光阴极狭缝宽度取值大小可决定条纹相机的分辨率，取值范围为100~300微 米。
[0016] 所述的光阴极紧贴于光阴极狭缝后且覆盖光阴极狭缝。长度值是Y1+ Y2，宽度值 等于2?+ X。。X射线源的入射波长i.在光阴极上的色散关系可表示为：
[0018] 式（1)中m为光栅衍射级数。则光阴极上色散的波长可表示为：
[0020] 式（2)中Cl1为低线对密度光栅的周期，d2为高线对密度光栅的周期。其中第一项 为狭缝C的长度Y 1，第二项为狭缝D的长度Y2。Y为光阴极的长度，故Y=Yi+Y2。
[0021] 此光栅谱仪的能谱分辨本领
为：
[0023] 本实用新型的高谱分辨与宽谱测量范围的透射光栅谱仪能够同时提高透射光栅 谱仪的所测光谱范围和光谱分辨率，并且可适用于时间分辨光谱的测量，对X射线谱精密 测量具有广阔应用前景。
【附图说明】
[0024] 图1为本实用新型的高谱分辨与宽谱测量范围的透射光栅谱仪的光路结构示意 图；
[0025] 图2为本实用新型的透射光栅谱仪中的入射狭缝元件图；
[0026] 图3为本实用新型的透射光栅谱仪中的透射光栅元件图；
[0027] 图4为本实用新型的透射光栅谱仪中的光阴极狭缝元件图；
[0028] 图5为本实用新型的透射光栅谱仪的光路分解图；
[0029] 图中，LX射线源2.入射狭缝元件3.透射光栅元件4.条纹相机5.光阴极 狭缝元件6.光阴极元件7.狭缝A 8.狭缝B 9.低线对密度光栅10.高线对密度光 栅11.狭缝C 12.狭缝D。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
[0031] 以下实施例仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制。有关技术领域 的人员在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化、替换和变型，因 此同等的技术方案也属于本实用新型的范畴。
[0032] 实施例1
[0033] 图1为本实用新型的高谱分辨与宽谱测量范围的透射光栅谱仪的光路结构示意 图，图2为本实用新型的透射光栅谱仪中的入射狭缝元件图，图3为本实用新型的透射光栅 谱仪中的透射光栅元件图，图4为本实用新型的透射光栅谱仪中的光阴极狭缝元件图，图5 为本实用新型的透射光栅谱仪的光路分解图。在图1~图5中，本实用新型的高谱分辨与宽 谱测量范围的透射光栅谱仪包括入射狭缝元件2、透射光栅元件3和条纹相机4,所述的入 射狭缝元件2、透射光栅元件3和条纹相机4在光路的z方向依次排布。所述的透射光栅元 件3上包含低线对密度光栅9和高线对密度光栅10。所述的条纹相机4上包含光阴极狭缝 元件5和光阴极元件6,所述的光阴极狭缝元件5和光阴极元件6在光路的z方向依次排 布。X射线源1产生的X射线经入射狭缝元件2,透射光栅元件3色散，形成两个分辨率不 同的光谱，两光谱在空间上错位，经条纹相机4扫描后，获得X射线光谱。
[0034] 所述的入射狭缝元件2固定于透射光栅元件3前，入射狭缝元件2上刻有狭缝A7 和狭缝B。
[0035] 所述的光阴极狭缝元件5上刻有狭缝Cl 1和狭缝D12 ;狭缝Cl 1底端与狭缝D12顶 端在y方向对称，狭缝D12底端中心与高线对密度光栅10中心在z方向重合