一种透射与反射式单级衍射光栅谱仪的制作方法

本发明涉及x射线光学领域，尤其涉及一种透射与反射式单级衍射光栅谱仪。

背景技术：

在激光间接驱动惯性约束聚变(icf)研究中，黑腔中的激光与等离子体相互作用，相当大部分的激光能量被等离子体吸收后转化为x光辐射，软x光辐射占整个等离子体辐射的绝大部分。黑腔辐射的软x射线是驱动dt燃料靶丸内爆的直接能源，软x射线能谱和辐射温度时间演化过程是黑腔辐射源最重要的特征物理量。因此，通过黑腔辐射诊断，可以了解激光腔靶耦合物理过程、激光器驱动能力，优化黑腔结构、尺寸设计。透射光栅谱仪使用灵活，调整方便，是软x光谱诊断最常用的仪器之一。它对待测的复色软x射线进行分光，然后利用软x射线ccd采集光栅分光后的衍射光谱，通过分析采集到的光谱位置与强度，就能诊断出待测光谱的详细信息。

在一些icf实验研究中，激光与等离子体相互作用还会产生大量的硬x射线、伽马射线、正负电子等，这些粒子将会穿过透射光栅直接作用在软x射线ccd上，并对其工作造成干扰，严重时将导致其无法采集到有效的信号。由于透射光栅谱仪的工作模式，现有的一些屏蔽措施无法有效的解决问题，使得透射光栅谱仪无法使用，必须准备额外的诊断设备。此外，透射光栅谱仪通常采用普通透射光栅，存在多级衍射。因此，对于宽带的待诊断光谱，经光栅分光后，能量e的1级衍射谱将与能量2e的2级、能量3e的3级等重叠在一起，这给解谱分析带来了巨大的困难。虽然目前发展出了一些解谱方法，但是这同时会带来一些人为的误差，降低了数据的置信水平，无法从根本上解决问题。

技术实现要素：

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种透射与反射式单级衍射光栅谱仪。以克服强电磁干扰等复杂环境中仪器无法工作、普通透射光栅带来的解谱困难与误差等不足，实现同一套设备的额外功用，减小诊断设备的研制成本，为激光与物质相互作用研究提供良好的诊断设备。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明包括狭缝组件、“回”型抽气管、屏蔽管、转接法兰、球关节组件、光栅室、滤片室、闸板阀、x射线ccd和支撑架，所述狭缝组件与所述“回”型抽气管的一端连接，所述“回”型抽气管的另一端与所述屏蔽管的一端连接，所述屏蔽管的另一端与所述转接法兰的一端连接，所述转接法兰的另一端与所述球关节组件的一端连接，所述球关节组件的另一端与所述光栅室的一端连接，所述光栅室的另一端与所述滤片室的一端连接，所述滤片室的另一端与所述闸板阀的一端连接，所述闸板阀的另一端与所述x射线ccd连接，所述支架连接在所述球关节组件的下端。

所述狭缝组件连接有光源，所述光源依次通过所述狭缝组件的狭缝、所述光栅室的光栅、所述滤片室的滤片后与所述x射线ccd通光连接。

所述光栅为透射光栅或反射光栅的一种。

所述光栅室包括入射法兰、上法兰、出射法兰、下法兰、光栅平移机构、侧向观察窗、光栅升降机构和顶部为观察窗，所述入射法兰设置于所述光栅室的一侧，所述入射法兰与所述光栅平移机构连接，所述出射法兰设置于所述光栅室的另一侧，所述出射法兰与所述侧向观察窗连接，所述上法兰设置于所述光栅室的上端，所述上法兰与所述侧向观察窗连接，所述下法兰设置于所述光栅室的下端，所述下法兰与所述光栅平移机构连接，所述光栅室的一侧设置所述顶部观察窗，所述光栅升降机构与所述光栅平移机构连接，且设置于所述光栅室内。

本发明的有益效果在于：

本发明是一种透射与反射式单级衍射光栅谱仪，与现有技术相比，本发明在透射光栅谱仪的基础上开发出了反射式光栅谱仪的功能，实现了同一套设备的不同功用，降低了诊断设备的研制成本，克服了强电磁干扰等复杂环境下透射谱仪无法工作的难题。使用量子点阵光栅、“之”字型光栅、谱学光子筛、修正棋盘格光栅、梯形基元光栅做为分光元件，能够有效抑制高级衍射，高次谐波抑制比好于1％(高次谐波强度/基波强度)，解决了普通光栅带来的解谱困难与误差等难题。具有推广应用的价值。

附图说明

图1为本发明所述的透射/反射式单级衍射光栅谱仪总体结构示意图；

图2为本发明所述的透射/反射式单级衍射光栅谱仪以透射模式工作的光路结构示意图；

图3为本发明所述的透射/反射式单级衍射光栅谱仪以反射模式工作的光路结构示意图；

图4透射模式工作时光栅室结构示意图；

图5反射模式工作时光栅室结构示意图。

图中：1-狭缝组件、2-“回”型抽气管、3-屏蔽管、4-转接法兰、5-球关节组件、6-光栅室、7-滤片室、8-闸板阀、9-x射线ccd、10-支撑架、11-光源、12-狭缝、13-透射光栅、14-滤片、15-反射光栅、601-入射法兰、602-上法兰、603-出射法兰、604-下法兰、605-光栅平移机构、606-侧向观察窗、607-光栅升降机构、608-顶部为观察窗。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示：本发明包括狭缝组件1、“回”型抽气管2、屏蔽管3、转接法兰4、球关节组件5、光栅室6、滤片室7、闸板阀8、x射线ccd9和支撑架10，所述狭缝组件1与所述“回”型抽气管2的一端连接，所述“回”型抽气管2的另一端与所述屏蔽管3的一端连接，所述屏蔽管3的另一端与所述转接法兰4的一端连接，所述转接法兰4的另一端与所述球关节组件5的一端连接，所述球关节组件5的另一端与所述光栅室6的一端连接，所述光栅室6的另一端与所述滤片室7的一端连接，所述滤片室7的另一端与所述闸板阀8的一端连接，所述闸板阀8的另一端与所述x射线ccd9连接，所述支架10连接在所述球关节组件5的下端。

如图2和图3所示：所述狭缝组件1连接有光源11，所述光源11依次通过所述狭缝组件1的狭缝、所述光栅室6的光栅、所述滤片室7的滤片14后与所述x射线ccd9通光连接。

所述光栅为透射光栅13或反射光栅15的一种。

如图4和图5所示：所述光栅室6包括入射法兰601、上法兰602、出射法兰603、下法兰604、光栅平移机构605、侧向观察窗606、光栅升降机构607和顶部为观察窗608，所述入射法兰601设置于所述光栅室6的一侧，所述入射法兰601与所述光栅平移机构606连接，所述出射法兰603设置于所述光栅室6的另一侧，所述出射法兰603与所述侧向观察窗606连接，所述上法兰602设置于所述光栅室6的上端，所述上法兰602与所述侧向观察窗606连接，所述下法兰604设置于所述光栅室6的下端，所述下法兰604与所述光栅平移机构605连接，所述光栅室6的一侧设置所述顶部观察窗6，所述光栅升降机构607与所述光栅平移机构605连接，且设置于所述光栅室6内。

谱仪主要对激光与等离子体相互作用产生的软x光辐射进行诊断。经狭缝12进入的宽谱软x射线入射到光栅13上，经光栅13衍射分光后，经过滤片14滤除可见光以及杂散光，最后由x射线ccd采集获得光谱图像并进行解谱。

单级衍射光栅(透射光栅13、反射光栅15)是谱仪的核心光学元件，光栅室6则是谱仪的核心机械部件。光栅室顶部为观察窗608，用来监测光栅室的内部情况；底部为光栅的升降机构607，用来在竖直方向上调节光栅，使光栅与入射x射线高度一致；谱仪四周为四个高度、大小一样的法兰，其中两个法兰与前后球关节、滤片室相连，另外两个法兰则与侧向观察窗606、光栅平移机构605相连，侧向观察窗同606样用来监测光栅室内部情况，光栅平移机构605则用来在水平方向上调节光栅，使x射线准确的入射到光栅上；光栅室法兰601与法兰602夹角为90度，法兰604与法兰601夹角为90度，法兰603则与法兰602夹角为一锐角，其角度与反射式单级衍射光栅工作角度相关。透射/反射式单级衍射光栅谱仪采用的透射或反射的工作模式，主要与光栅室6的安装方式有关，见图4、图5。

谱仪以透射模式进行工作时，采用透射式单级衍射光栅，光栅室入射法兰601与球关节组件4相连接，出射法兰603与滤片室6进行连接，法兰601与光栅平移机构605连接，法兰603则与观察窗606相连。谱仪以透射模式工作时，其谱分辨及最大工作波长分别为：

δλ＝λmin＝d((a+s)/l+(a+δ)/d)

λmax＝d·wccd/2d

其中d为透射式单级衍射光栅的周期，a为光栅周期方向大小，s为激光等离子体光源大小，l为光源与光栅之间的距离，d为光栅与x射线ccd之间的距离，δ为x射线ccd像元大小，wccd为x射线ccd大小。

谱仪以反射模式进行工作时，采用反射式单级衍射光栅，光栅室入射法兰601与球关节组件相连接，出射法兰603与滤片室进行连接，法兰604与光栅平移机构605连接，法兰602则与观察窗606相连。此时谱仪工作的谱分辨及最大工作波长分别为：

δλ＝d·a·s/l+2a·λ/d

λmax＝d·wccd(wccd/2/d²+a/d)

其中d为透射式单级衍射光栅的周期，a为光栅入射角，a为光栅周期方向大小，s为激光等离子体光源大小，l为光源与光栅之间的距离，d为光栅与x射线ccd之间的距离，，wccd为x射线ccd大小。

本发明的透射/反射式单级衍射光栅谱仪适用于软x射线波段。

本发明的透射/反射式单级衍射光栅谱仪使用的分光元件为量子点阵光栅、“之”字型光栅、谱学光子筛、修正棋盘格光栅、梯形基元光栅。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。