[发明专利]一种工作在软X射线波段的并联平场光栅及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及平场光栅的技术领域，特别涉及一种工作在软X射线波段的并联平场光栅及其设计方法。

背景技术

现有技术1（参见文献Toshiaki Kita,Tatsuo Harada,N.Nakano,H.Kuroda.”Mechanically ruled aberration-corrected concave gratings for a flat-field grazing-incidence spectrograph”.Applied Optics,Vol.22,512-513,1983）采用一块球面变栅距光栅实现了5nm～20nm的平场谱面。该光栅的球面基底半径为5649mm，光栅中心处线密度为1200线/mm，工作时光源距光栅中心237mm，入射角度为87°，平直光谱面距离光栅中心为235mm。该光栅的特点是：只有一块光栅就可形成平直谱面，结构简单；但其工作的波段受到限制，只能将5nm～20nm波段的光成像在平面探测器上，超过该范围聚焦位置就会迅速的偏离探测面。

现有技术2（参见文献R.J.Fonck,A.T.Ramsey,and R.V.Yelle.”Multichannel grazing-incidence spectrometer for plasma impurity diagnosis:SPRED”.Applied Optics,Vol.21,2115-2123,1982）中两块平场光栅分别工作在10nm～110nm和16nm～170nm波段，两块光栅采用旋转的装置进行切换。现有技术3（参见文献孔鹏、巴音贺希格、李文昊、唐玉国、崔锦江“双光栅平场全息凹面光栅光谱仪的优化设计”光学学报，Vol.31，2011）将使用波段一分为二，提出了一种将两块使用结构完全相同的平场全息凹面光栅进行优化，光栅1工作在200～400nm，光栅2工作在400～800nm，通过理论计算，光栅2的有效光栅常数是光栅1的2倍。两块光栅也是通过切换装置来进行切换。技术2和技术3都展宽了工作波段，但两块光栅是通过切换装置进行切换，不能同时工作。

现有技术4（参见文献Ming-Hui Liu，Su-Xing Pan et al”Path-folded infrared spectrometer consisting of10sub-gratings and a two-dimensional InGaAs detector”.Optics Express,Vol.17,14956-14966,2009）提出了一种将10块子光栅通过夹具拼成一个整体光栅，该光栅工作波段在1450～1650nm，其中每块子光栅的波段跨度为20nm，其特点是：光栅工作在红外波段，每块子光栅为平面光栅且通过夹具拼接成为一个整体光栅，光栅不是平场光栅。

现有技术5（参见文献Ying Liu,Xin Tan,Zhengkun Liu,Xiangdong Xu,Yilin Hong,and Shaojun Fu“Soft X-ray holographic grating beam splitter including a double frequency grating for interferometer pre-alignment”.Optics Express,Vol.16,14761-14770,2008)提出了一种将两块子光栅做在同一块基底上的方案，其中两块子光栅栅线平行，一块光栅用来对准，另一块光栅实现分束。

目前软X射线的平场光栅只能在特定的波段呈现平直的谱面，我们通过将两块平场子光栅制作在同一基底上，形成并联平场光栅。两块光栅的工作结构相同，不需要任何切换机构，可以同时工作，从而实现波段的扩展，同时，这种结构对于研究高次谐波也大有帮助。

发明内容

本发明的目的是为了扩展软X射线平场光栅的工作波段，提供一种工作在软X射线波段的并联平场光栅及其设计方法，该光栅可以应用于等离子体诊断、X射线激光和高次谐波等研究领域。软X射线并联平场光栅是将两种不同线密度分布的光栅做在同一基底上，其工作在掠入射条件下，具有平直的光谱聚焦面。我们通过分析光谱面处的光谱信息，可以得到等离子体的时间和空间等信息。