一種高譜分辨與寬譜測量范圍的透射光柵譜儀制造技術

本發明專利技術提供了一種高譜分辨與寬譜測量范圍的透射光柵譜儀，所述的透射光柵譜儀包括入射狹縫、透射光柵、條紋相機以及與條紋相機相匹配的光陰極狹縫和光陰極；物體發出的X射線通過入射狹縫，經透射光柵色散，形成兩個分辨率不同的光譜，兩光譜在空間上錯位，經過條紋相機前的光陰極狹縫，擋除多余光譜，即可在條紋相機上獲得高時空分辨、寬范圍的X射線光譜。本發明專利技術的透射光柵譜儀在保證所測譜范圍的基礎上，可獲得更高的譜分辨率，并且適用于時間分辨光譜的測量，對X射線譜精密測量具有廣闊應用前景。

【技術實現步驟摘要】
一種高譜分辨與寬譜測量范圍的透射光柵譜儀
本專利技術屬于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。
技術介紹
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。
技術實現思路
本專利技術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。本專利技術的技術方案如下：本專利技術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)式（1）中m為光柵衍射級數。則光陰極上色散的波長可表示為：(3)式（2）中d1為低線對密度光柵的周期，d2為高線對密度光柵的周期。其中第一項為狹縫C的長度Y1，第二項為狹縫D的長度Y2。Y為光陰極的長度，故Y=Y1+Y2。此光柵譜儀的能譜分辨本領為：(4)本專利技術的高譜分辨與寬譜測量范圍的透射光柵譜儀能夠同時提高透射光柵譜儀的所測光譜范圍和光譜分辨率，并且可適用于時間分辨光譜的測量，對X射線譜精密測量具有廣闊應用前景。附圖說明圖1為本專利技術的高譜分辨與寬譜測量范圍的透射光柵譜儀的光路結構示意圖；圖2為本專利技術的透射光柵譜儀中的入射狹縫元件圖；圖3為本專利技術的透射光柵譜儀中的透射光柵元件圖；圖4為本專利技術的透射光柵譜儀中的光陰極狹縫元件圖；圖5為本專利技術的透射光柵譜儀的光路分解圖；圖中，1.X射線源2.入射狹縫元件3.透射光柵元件4.條紋相機5.光陰極狹縫元件6.光陰極元件7.狹縫A8.狹縫B9.低線對密度光柵10.高線對密度光柵11.狹縫C12.狹縫D。具體實施方式下面結合附圖和具體實施例對本專利技術進行詳細說明。以下實施例僅用于說明本專利技術，而并非對本專利技術的限制。有關
的人員在不脫離本專利技術的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化、替換和變型，因此同等的技術方案也屬于本專利技術的范疇。實施例1圖1為本專利技術的高譜分辨與寬譜測量范圍的透射光柵譜儀的光路結構示意圖，圖2為本專利技術的透射光柵譜儀中的入射狹縫元件圖，圖3為本專利技術的透射光柵譜儀中的透射光柵元件圖，圖4為本專利技術的透射光柵譜儀中的光陰極狹縫元件圖，圖5為本專利技術的透射光柵譜儀的光路分解圖。在圖1~圖5中，本專利技術的高譜分辨與寬譜測量范圍的透射光柵譜儀包括入射狹縫元件2、透射光柵元件3和條紋相機4，所述的入射狹縫元件2、透射光柵元件3和條紋相機4在光路的z方向依次排布。所述的透射光柵元件3上包含低線對密度光柵9和高線對密度光柵10。所述的條紋相機4上包含光陰極狹縫元件5和光陰極元件6，所述的光陰極狹縫元件5和光陰極元件6在光路的z方向依次排布。X射線源1產生的X射線經入射狹縫元件2，透射光柵元件3色散，形成兩個分辨率不同的光譜，兩光譜在空間上錯位，經條紋相機4掃描后，獲得X射線光譜。所述的入射狹縫元件2固定于透射光柵元件3前，入射狹縫元件2上刻有狹縫A7和狹縫B。所述的光陰極狹縫元件5上刻有狹縫C11和狹縫D12；狹縫C11底端與狹縫D12頂端在y方向對稱，狹縫D12底端中心與高線對密度光柵10中心在z方向重合。所述的光陰極元件6固定于光陰極狹縫元件5后且覆蓋光陰極狹縫。本專利技術的高譜分辨與寬譜測量范圍的透射光柵譜儀可用于軟X射線譜的測量。實驗中選取低線對密度光柵9線對密度為2000線對/毫米，高線對密度光柵10線對密度為5000線對/毫米，兩光柵面積均為1×1mm2。透射光柵2測量能區要求覆蓋100eV~5000eV（0.248nm~12.4nm），因此，。選取狹縫A7和狹縫B8寬度D1均為，X射線源1寬度為，L1=1500mm，如圖5所示。同時為了使低線對密度光柵9和高線對密度光柵10對能譜分辨本領有一個平穩的過渡，在處選取能譜分辨本領為。根據實驗條件的要求，得出譜儀設計的原則有：a)覆蓋全部能區；b)全部記錄長度不超過光陰本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高譜分辨與寬譜測量范圍的透射光柵譜儀，其特征在于，所述的透射光柵譜儀包括入射狹縫元件（2）、透射光柵元件（3）和條紋相機（4），所述的入射狹縫元件（2）、透射光柵元件（3）和條紋相機（4）在光路的z方向依次排布；所述的透射光柵元件（3）上包含低線對密度光柵（9）和高線對密度光柵（10）；所述的條紋相機（4）上包含光陰極狹縫元件（5）和光陰極元件（6），所述的光陰極狹縫元件（5）和光陰極元件（6）在光路的z方向依次排布；X射線源（1）產生的X射線經入射狹縫元件（2），透射光柵元件（3）色散，形成兩個分辨率不同的光譜，兩光譜在空間上錯位，經條紋相機（4）掃描后，獲得X射線光譜。

【技術特征摘要】
1.一種高譜分辨與寬譜測量范圍的透射光柵譜儀，其特征在于，所述的透射光柵譜儀包括入射狹縫元件（2）、透射光柵元件（3）和條紋相機（4），所述的入射狹縫元件（2）、透射光柵元件（3）和條紋相機（4）在光路的z方向依次排布；所述的透射光柵元件（3）上包含低線對密度光柵（9）和高線對密度光柵（10）；所述的條紋相機（4）上包含光陰極狹縫元件（5）和光陰極元件（6），所述的光陰極狹縫元件（5）和光陰極元件（6）在光路的z方向依次排布；X射線源（1）產生的X射線經入射狹縫元件（2），透射光柵元件（3）色散，形成兩個分辨率不同的光譜，兩光譜在空間上錯位，經條紋相機（4）掃描后，獲得X射線光譜。2.根據權利要求1所述的高譜分辨與寬譜測量范圍的透射光柵譜儀，其特征在于，所述的入射狹縫元件（2）固定于透射光柵元件（3）前，入射狹縫元件（2）上刻有狹縫A（7）和狹縫B（8），狹縫A（7）與狹縫B（8）寬度均為D1；狹縫A（7）的長度大于低線對密度光柵（9）的長度，狹縫A（7）的中心與低線對密度光柵（9）的中心在z方向重合；狹縫B（8）的長度大于高線對密度光柵（10）的長度，狹縫B（8）的中心與高線對密度光柵（10）的中心在z方向重合。3.根據權利...

【專利技術屬性】
技術研發人員：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，
類型：發明
國別省市：四川;51