椭圆型晶体谱仪谱测量的解谱研究

对椭圆型晶体谱仪配X射线CCD相机的X射线谱测量系统（EBCS-XCCD）进行了简要描述,研究了CCD相机记录信号的解谱处理方法,推出了对实测原始谱曲线辨认或标识值的计算公式及激光等离子体X射线源在某一波长光谱强度的公式,使之应用在激光打靶产生的等离子体源辐射X射线谱的回推,辨认出了激光等离子体X射线源能谱,并与文献[1]的结果进行了比较,结果基本一致。这一事实有力地佐证了解谱方法的可行性,也表明X射线CCD相机是适宜于椭圆型晶体谱仪的光谱测量记录。在已知晶体的积分反射率、滤片透射率和CCD探测效率的条件下,还可以获得X射线源光谱强度,可为下一步诊断激光等离子体的电子温度和离子密度的空间分布轮廓和进一步细化X激光研究奠定了更深厚的基础。     

软X射线椭圆晶体谱仪的研制

为了测量激光等离子体软X射线的空间和时间分辨光谱,研制了一种新型的双通道椭圆晶体谱仪,椭圆的离心率和焦距分别为0.9586和1350mm。将两个完全相同的椭圆晶体分析器进行上下对称布置,在上通道用软X射线CCD相机测量空间分辨光谱,在下通道用软X射线条纹相机测量时间分辨光谱。利用KAP椭圆晶体作色散元件,测量的波长范围是1.33~2.46nm。首次在“星光Ⅱ”激光装置上进行了打靶实验,利用该谱仪配软X射线CCD相机获取了钛激光等离子体X射线的光谱,实验结果表明该谱仪的最高光谱分辨率可以达到1173。     

X射线椭圆弯晶谱仪实验研究

利用椭圆从一个焦点发射出的光线经椭圆面反射必汇聚于另一焦点的性质,设计了基于620～6200eV的X射线椭圆弯晶谱仪.文中分析了系统原理,完成了谱仪光学色散系统、探测系统及仪器的研制.采用KAP、LiF、PET、MiCa作为色散元件,其2d值在0.4～2.6nm、Bragg角为30°～67.5°,晶体尺寸为120×8×0.2mm,偏心率为0.9586,焦距1350mm,光程长1456mm,分析器基底材料用数控铣床加工.实验在上海"神光Ⅱ"号装置上实施,激光能量为150J,波长为0.35mm,真空度为3×10^-3Pa.为达到光学对准,采用了小点光源以及精密望远镜对中.实验结果显示出金靶在0.63～0.79nm范围,其分辨力(△λ/λ)达到了1/486.谱的分辨力还与晶体特征和激光靶源尺寸有关.谱仪性能良好、使用方便、简单,具有高的收集效率和分辨能力,能够有效获取激光惯性约束聚变中激光等离子体发射光谱的丰富信息.     

激光等离子体X射线特征谱轮廓诊断

开展了利用X射线特征谱轮廓诊断激光等离子体状态参数的研究。在"神光II"激光装置上,将0.35μm频谱激光束聚焦于真空室内固体氯(Cl)元素靶上产生激光氯等离子体,利用高分辨X射线椭圆弯晶谱仪获取高能谱分辨激光氯等离子体辐射的X射线精细结构能谱。用类氢(1s-3p)和类氦(1s2-1s3p)氯离子能级跃迁光谱线的光强度比率计算了激光等离子体的电子温度;然后在假定光性为薄的情况下,利用X射线谱线Lyman-线形轮廓的Stark效应所产生的谱线展宽测量了等离子体的电子密度。实验获得的激光等离子体日冕区内体平均电子温度约为450eV,电子密度约为7.5×1022 cm-3。文中还简单分析了能谱线的半高全宽度(FWHM)值以及诊断过程引入的诊断误差,初步预估诊断误差可控制在25%以内。该项工作为X射线特征谱轮廓法进一步应用于激光聚变靶丸压缩度精度测量等工作提供了参考。     

用于测量激光等离子体X射线的椭圆弯晶谱仪

研制了一种椭圆弯晶谱仪用于测量0.44～0.81 nm激光等离子体X射线光谱.该谱仪采用X射线CCD作探测器,用PET(2d＝0.874 nm)晶体作色散和聚焦元件,将晶体弯曲并粘贴在离心率和焦距分别为0.9586和1350 mm的椭圆形不锈钢基底上.对该谱仪在"星光Ⅱ"激光装置上进行了打靶实验,实验结果表明其光谱分辨率接近1000.     

用热解石墨晶体作色散和聚焦光学元件的激光等离子体源的超快X射线光谱仪

由于激光等离子X射线源的光子通量显著低于同步辐射源的光子通量且射线为所有方向的各向同性辐射,所以,很需要具有大的集光立体角和高的积分反射率的光学元件,用热解石墨(PG)晶体作色散和聚焦元件可满足上述要求。由于PG晶体为嵌镶结构,所以可给出很高的积分反射率,而PG薄膜还可安装在任意形状的模具上构成任意形状的光学元件。此外,特殊形状的嵌镶聚焦使这些晶体甚至在弯曲的情况下,也可作为高分辨率X射线光学元件。基于上述元件特性,可以设计出有高集光效率的色散光学元件,用于激光等离子体源超快X射线光谱检测。文中描述了PG弯晶在一台改型的von HAMOS光谱仪中的应用,使用这台光谱仪,测量了飞秒激光器产生等离子体发射的X射线的光谱分布。讨论了产生的X射线在时间分辨扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)分析中的应用。实验表明,通过优化晶体特性和光谱仪几何设置,可以实现对过渡金属K边的高分辨率EXAFS测量。     

双通道椭圆弯晶谱仪的光学设计

根据椭圆几何光学和X射线晶体的布拉格衍射原理,进行了弯晶谱仪的光学设计.设计的椭圆离心率和焦距分别是0.958 6 mm和1 350 mm,椭圆的弧长是125.64 mm,光路的光程为1 443.30 mm;布拉格衍射角为30～67.5°,谱线探测角为55.4～134°;柱面镜的掠入射角为3.7°,半径为10 127 mm;谱线探测器的阴极面中心到狭缝的距离是35 mm.利用LiF、PET、MiCa和KAP晶体作色散元件,测量的波长范围是0.20～2.46 nm,晶体的尺寸是125 mm×8 mm×0.2mm.此外,将两个弯晶进行上下对称交叉和前后错开布置,减小了谱仪的尺寸和减轻了它的重量.     

双通道椭圆弯晶谱仪的传递效率分析

双通道椭圆弯晶谱仪(以下简称TCECS)是激光惯性约束核聚变(ICF)研究中非常重要的诊断仪器,在一个通道上用Χ光胶片或X-CCD作空间分辨测量,在另一个通道上用Χ光条纹相机作时间分辨测量,从而同时获得Χ射线的空间和时间特性.TCECS传递效率的高低将影响摄谱效果,而TCECS的传递效率取决于柱面镜的反射率、晶体的积分衍射率、滤光膜的透射率和光谱相对孔径.本文从理论上分析了TCECS传递效率的四种影响因素与波长的关系,并用Matlab 6.1软件进行了数值计算,表明TCECS的传递效率随Χ射线波长增大而减小,这对今后TCECS的结构设计具有重要的指导作用.     

激光等离子体X射线极化光谱研究

为了诊断激光等离子体X射线的极化光谱,研制了一种新型的基于空间分辨的极化谱仪。将平面晶体和球面弯晶色散元件在极化谱仪内正交布置,即在水平通道用PET平面晶体作为色散元件,而在垂直通道用Mica球面弯晶作为色散元件,球面半径为380mm。信号采用成像板进行接收,有效接收面积为30×80mm,从等离子体光源经晶体到成像板的光路约为980mm。物理实验首次在中国工程物理研究院激光聚变研究中心“2×10J激光装置”上进行,成像板获得了铝激光等离子体X射线的光谱空间分辨信号。实验结果表明该谱仪具有较高谱分辨率,适合激光等离子体x射线极化光谱的诊断。     

基于等离子体激光的X射线弯晶谱仪研究

X射线光谱议是一种强有力的激光等离子体诊断工具。为了获取激光等离子体发射的X射线中所包含大量信息,基于椭圆几何原理设计制造了X射线弯晶谱议。在上海神光 号装置上利用LiF弯曲晶体分析器,用150J激光能量对Ti靶进行了试验。通过X射线CCD记录获取的谱线,结果表明这种聚焦型晶体分析器的灵敏度有了明显的提高。     

氟化锂椭圆弯晶分析器的特性及应用

设计了测试能量范围为0.6~6 keV的椭圆弯晶谱仪。此谱仪利用椭圆自聚焦原理,晶体分析器采用氟化锂材料,椭圆焦距为1 350 mm,离心率为0.958 6,布拉格角范围为30~65°。在神光Ⅱ靶室进行了实验,入射激光波长为0.35 μm,激光功率约为1.6×10¹⁴ W/cm²,与厚度为100 μm的钛平面靶法线夹角约为45°。实验结果证实,弯曲的氟化锂晶体具有极佳探测效果,弯晶分析器对波长为0.2~0.35 nm的X射线的分辨率可达500~1 000,同时具有等光程而便于空间分辨测量的优点,在同样距离条件下比平晶分析器高一个数量级的收光效率,故适合于激光等离子体X射线的光谱学研究。     

椭圆弯晶谱仪波长分辨能力的改进

讨论了椭圆弯晶谱仪的波长分辨能力。在假设谱线的固有宽度可以忽略的情况下,对两种实际影响椭圆弯晶谱仪波长分辨能力的主要因素,即光源空间尺寸和非理想椭圆分光晶面进行了分析。分别对上述两种情况进行了数学建模和数值模拟仿真。定量地分析了非理想椭圆晶面和光源空间尺寸对椭圆弯晶X射线谱仪波长分辨本领的影响程度,并给出了出射狭缝宽度与椭圆弯晶谱仪波长判读加宽的关系。从理论上论证了光源空间尺寸在限制谱仪的波长分辨能力方面仍然起关键主导作用;结合椭圆分光晶体的结构参数,合理地选择出射狭缝宽度,可使谱仪达到足够好的光谱分辨率和信噪比。用搭建的实验平台进行了实验测试,结果表明,当出射狭缝宽度(2δ)为10mm时,实测的谱线半高全宽(Δλ)为3.1×10-3nm;2δ为4mm时,Δλ为2.3×10-4nm,实测结果佐证了仿真结果的正确性。     

线阵CCD棱镜光谱仪及其误差分析

介绍了用于颜色测量的线阵 CCD棱镜光谱仪系统的工作原理 ,测出了系统的光谱灵敏度并作了实验验证 ,对系统的误差原因及改进措施进行了分析。     

利用X荧光能谱仪快速测定合金钢中钛元素

在合金钢能量色散X射线荧光光谱的研究基础上,使用国产的XRF-6型X射线荧光能谱仪对合金钢中钛元素进行了分析技术研究。钛元素的Kα特征射线能量值为4.51keV,与特征能量值为4.66keV的FeKα逃逸峰叠加重合,严重干扰钛元素的测定。研究了铁元素逃逸峰干扰的快速扣除方法,得到FeKα峰比例扣除、FeKα逃逸峰高能侧对称扣除法和TiKα峰低能侧对称积分法等快捷处理方法。工作曲线的制作和实际样品测定结果证明几种快速分析方法是可靠准确的。     

基于干涉条纹的光谱仪光谱标定方法研究

为了在光学相干层析(optical coherence tomography,OCT)系统中实现快速精准标定光谱仪的光谱带宽和确定光谱横坐标的变化规律,提出了用干涉条纹标定光谱带宽和确定波长非线性分布规律,从而实现了光谱仪光谱标定。先用单频激光确定了某一特定波长在CCD中像素点位置,然后根据光程差与干涉光谱周期数之间的关系确定了光谱仪的光谱带宽范围;再运用多项式函数拟合干涉光谱,将光谱强度平滑处理并对干涉条纹的峰值间距做了插值处理。根据峰值间距与波数的比例关系,确定了波长在横坐标的分布规律。两个对照实验结果表明,运用该方法标定的光谱带宽误差在±0.15 nm以内,标定误差优于传统汞灯等标定方法。研究结果表明:光谱横坐标校正后明显提高了系统分辨率和信噪比,因此验证该标定方法是可行的。