[發明專利]一種高譜分辨與寬譜測量范圍的透射光柵譜儀

有效

• 申請號: 201510596413.5
• 申請日: 2015-09-18
• 公開（公告）號: CN105067117B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 易濤;王傳珂;劉慎業;王保清;李晉;朱效立;謝長青
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心51210
• 代理人: 翟長明,韓志英

技術領域

本發明屬于X射線成像領域，具體涉及一種高譜分辨與寬譜測量范圍的透射光柵譜儀。

背景技術

對X射線譜的能譜、能量和時空分布的測量已廣泛應用于流體物理、材料科學、表面科學、聚變物理和天體物理中。以激光聚變為例，通過研究激光與等離子體相互作用發射的X射線譜，可以了解等離子體的詳細特性，包括等離子體電子溫度、離子溫度以及演變過程等。透射光柵譜儀作為軟X射線譜診斷的一個重要儀器，由于具有譜分辨高、測譜范圍寬及結構簡單，已廣泛應用于軟X射線譜的精密測量。

現有的透射光柵譜儀，是將透射光柵和掃描相機耦合來獲得時、空分辨光譜，且透射光柵均為同一線對密度光柵，在獲得時間分辨X射線光譜過程中，存在著以下不足：1.單獨使用低線對密度光柵，可以測量較大范圍光譜，但由于條紋相機光陰極長度限制，所測得的光譜分辨率亦受到限制；2.單獨使用高線對密度光柵，可提高所獲得的光譜分辨率，但由于條紋相機光陰極長度的限制，所測光譜范圍受到限制。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種高譜分辨與寬譜測量范圍的透射光柵譜儀。

本發明的技術方案如下：

本發明的高譜分辨與寬譜測量范圍的透射光柵譜儀，其特點是，所述的透射光柵譜儀包括入射狹縫元件、透射光柵元件和條紋相機，所述的入射狹縫元件、透射光柵元件和條紋相機在光路的z方向依次排布。所述的透射光柵元件上包含低線對密度光柵和高線對密度光柵。所述的條紋相機上包含光陰極狹縫元件和光陰極元件，所述的光陰極狹縫元件和光陰極元件在光路的z方向依次排布。

當激光作用于靶材上時，產生X射線，產生的X射線源通過入射狹縫元件，經低線對密度光柵和高線對密度光柵色散作用，形成兩個分辨率不同的光譜，在條紋相機前加入光陰極狹縫元件，來減小兩光柵色散光的干擾，擋除多余的光譜，后經條紋相機掃描，即可得到X射線光譜。其中，X射線源到透射光柵的距離為L₁，透射光柵元件到光陰極狹縫元件的距離為L₂。

所述的入射狹縫元件固定于透射光柵元件前面，入射狹縫元件上刻有狹縫A和狹縫B。狹縫A的長度大于低線對密度光柵的長度，中心與低線對密度光柵的中心在z方向重合；狹縫B的長度大于高線對密度光柵的長度，中心與高線對密度光柵的中心在z方向重合。狹縫A和狹縫B的寬度均為D₁，狹縫寬度與光柵譜儀譜分辨率有關。

所述的透射光柵元件上包含低線對密度光柵和高線對密度光柵。低線對密度光柵線對密度為1000到2000線對/毫米；高線對密度光柵線對密度為2000到5000線對/毫米。低線對密度光柵和高線對密度光柵內側邊緣在x方向相距距離X₀，其值大小由所測光譜寬度決定；低線對密度光柵和高線對密度光柵中心在y方向相距距離Y₀，其值大小由所測光譜范圍及光譜分辨率決定。低線對密度光柵用來測量低能段軟X射線區域，高線對密度光柵用來測量中能段軟X射線區域。低線對密度光柵所測量的最短和最長波長分別為和，高線對密度光柵所測量的最短和最長波長分別為和。光譜分辨率的公式如下：

(1)

式（1）中d是光柵周期，s是X射線源的光斑尺寸。

所述的條紋相機上包含光陰極狹縫元件和光陰極元件。所述的光陰極狹縫元件和光陰極元件在光路的z方向水平排布。

所述的光陰極狹縫元件上刻有狹縫C和狹縫D。狹縫C底端與狹縫D頂端在y方向對稱，狹縫D底端中心與高線對密度光柵中心在z方向重合。狹縫C和狹縫D寬度均為D₂。狹縫C長度為Y₁，狹縫D長度為Y₂。狹縫C與狹縫D內側邊緣在x方向相距距離X₀，狹縫C與狹縫D寬度。

所述的光陰極狹縫元件固定于光陰極元件前，光陰極狹縫元件上刻有兩個長度不同、寬度相等的狹縫，兩狹縫水平相距距離X₀。

光陰極狹縫可減小光柵色散光的干擾，擋除多余的光譜，為獲得時間分辨光譜關鍵器件。同時，光陰極狹縫寬度取值大小可決定條紋相機的分辨率，取值范圍為100~300微米。

所述的光陰極緊貼于光陰極狹縫后且覆蓋光陰極狹縫。長度值是Y₁+Y₂，寬度值等于2D₂+X₀。X射線源的入射波長在光陰極上的色散關系可表示為：

(2)