[发明专利]大面积透射光栅软X射线光谱仪

说明书

本发明涉及一种透射光栅光谱仪，特别是一种高分辨率大面积透射光栅软X射线光谱仪，该谱仪主要适用于软X射线波段内激光等离子体的发射特性的测量。

软X射线透射光栅光谱仪使用灵活，调整简便，在基础物理研究和诊断中具有一定的优势，被广泛用于各类X光源的测量，这从德国马普量子光学所和日本大阪大学等单位的实验中可以看到(参阅已有技术：[1]R.Sigel,P.Pakula,S.Sakabe et al.,X-ray generation in a cavity heated by 1.3-or 0.44-μm laser light III comparison of theexperimental results with theoretical predications for X-ray confinement.Phys.Rev.A38(11),1988:5779-5785,以及H.Nishimura,Y.Kato,H.Takabe et al.,X-rayconfinement in a gold cavity heated by 351-nm laser light.Phys.Rev.A44,1991:8328-8333)。在激光等离子体辐射温度的诊断和X射线辐射输运特性的研究方面,软X射线透射光栅作为色散元件，与空间成像和时间分辨的探测接收器连接，构成十分重要的测量仪器，可以非常方便地从发射光谱中获得关于等离子体的诸多信息，如电子温度和密度、膨胀速度、电离态等等。

要完成上述谱线分析，要求透射光栅光谱仪应当不但能以较高的光谱分辨，而且同时能以较高的接收效率进行准确的测量(已有技术：[2]M.M.Murnane,H.C.Kapteyn,and R.R.Falcone,High-density plasmas produced by ultrafast pulses.Phys.Rev.Lett.1989,62(2):155-158)。尤其是对太瓦级、飞秒脉冲的超强超短钛宝石(Ti:sappire)激光器(已有技术：[3]徐至展，Lus.Vigroux,Fredocric,周建平，张正泉，《输出2TW/45fs的掺钛蓝宝石超短脉冲强激光系统.》中国科学，1997,A272:640-645)这一高功率低能量激光系统与物质相互作用的实验研究中，现有的1000g/mm针孔透射光栅软X射线光谱仪不能完全满足上述要求。实验和理论分析都表明，有两个主要因素限制了上述已有技术参与细致的X-射线发射谱的测量。其一，用作色散元件为1000g/mm针孔透射光栅结构，它的栅线密度较低，致使谱仪的光谱分辨较低(通常为0.2-0.4nm)。其二，用作光栅前的成象元件不适合、光谱仪的收集效率和衍射效率较低，接收面上的X射线强度也较低；所以往往需要很多次的打靶曝光，才能在接收面上积累足够的X射线能量。其三，置于作为外壳的外套筒内壁上的导轨，容易滑动，调整不方便。

本发明的目的是提供一种高分辨率、结构紧凑的大面积透射光栅软X射线光谱仪，以克服上述已有技术的光谱分辨较低、收集效率及衍射效率较低等不足，增大光谱仪对激光等离子体软X射线的收集立体角，提高光谱仪的接收效率，并实现对X射线点源成无象散的点象；提高光谱仪的光谱分辨率；提高测量数据的准确性；总之将大大提高光谱仪的工作效率。

本发明光谱仪的结构包括机械构件和光学元件两大部分：其中机械构件包括头部1，支撑板2、加强筋3、导轨4、外套筒5以及置于导轨4上的调整架9、10，如图1、2所示。光学元件包括沿着由软X射线源11发射的软X射线束S前进的方向上，依次置有光阑13，置于调整架9上的反射镜6，置于调整架10上的光栅7，接收器件8以及与接收器件8的输出相联的显示器件12，如图3所示。