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。     

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.     

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.     

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.     

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.     

椭圆石英弯晶的积分衍射效率标定

椭圆弯晶谱仪具有测谱宽度大,能谱分辨力高等特点,并在"神光II"激光惯性约束聚变实验研究中得到了很好的应用。利用X射线衍射仪铜(Cu)靶X射线管作为X射线线光源,选取合适厚度滤片,抑制Cu-Kβ线及韧致辐射,测量了Cu-Kα能点处二氧化硅石英椭圆弯晶的积分衍射效率和摆动曲线半高全宽,并开展了针对上述两个重要参数随晶体弯曲曲率半径改变的测试验证,预估了能谱分辨力。结果表明,椭圆弯晶的积分衍射效率和摆动曲线半高全宽对晶体弯曲半径改变敏感,通过提高晶体弯曲度可增强晶体"镶嵌"效果。该结果可为下一步优化设计多用途性椭圆弯晶谱仪,以及完善X射线光谱定量化测量提供了数据支撑。     

太阳光栅光谱仪方案设计

简述了光谱仪的原理、阶梯光栅的基本原理和光栅光谱仪的特性参数。针对目前国内正在研制的光纤阵列太阳光学望远镜,提供了一种太阳光栅光谱仪结构的设计方案。根据太阳光栅光谱仪接收整个太阳光谱的要求,该方案采用了双狭缝设计。根据太阳光栅光谱仪尺寸大、分辨率高、色散大的特点,该设计方案采用了白瞳设计,并对结构中各个元件的选择进行简要阐述。光谱仪采用光纤接入,光栅工作在准Littrow角条件下,以获得高衍射效率,同时辅以棱镜增大横向色散,分开重叠的光谱级次。整个系统结构简单紧凑,可以有效地缩小光谱仪尺寸。     

中阶梯光栅光谱仪CCD相机的设计

为了高精度采集中阶梯光栅光谱仪的谱图,设计了一种适用于中阶梯光栅光谱仪原理样机的高性能面阵CCD相机。首先,根据中阶梯光栅光谱仪的谱图特点和CCD芯片的特性,设计了面阵CCD相机的时序产生电路、驱动电路及数据采集处理电路,实现了面阵CCD相机的低噪声、高灵敏度以及高动态范围。然后,利用LabVIEW编写了CCD相机测试软件。最后,利用设计的面阵CCD相机对汞灯谱线进行了测试。结果表明:面阵CCD相机获取的二维谱图图像清晰、信噪比较高;经二维谱图还原后,可以得到标准的汞灯谱线。该相机性能稳定、可靠,满足中阶梯光栅光谱仪原理样机的研制要求。     

Design of echelle spectrograph CCD camera

为了高精度采集中阶梯光栅光谱仪的谱图,设计了一种适用于中阶梯光栅光谱仪原理样机的高性能面阵CCD相机.首先,根据中阶梯光栅光谱仪的谱图特点和CCD芯片的特性,设计了面阵CCD相机的时序产生电路、驱动电路及数据采集处理电路,实现了面阵CCD相机的低噪声、高灵敏度以及高动态范围.然后,利用LabVIEW编写了CCD相机测试软件.最后,利用设计的面阵CCD相机对汞灯谱线进行了测试.结果表明:面阵CCD相机获取的二维谱图图像清晰、信噪比较高;经二维谱图还原后,可以得到标准的汞灯谱线.该相机性能稳定、可靠,满足中阶梯光栅光谱仪原理样机的研制要求.     

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。     

椭圆型晶体谱仪谱测量的解谱

描述了椭圆型晶体谱仪配X射线CCD相机的X射线谱测量系统(EBCS-XCCD),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辐射X射线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.测试结果证实了解谱方法的可行性,表明X射线CCD相机适用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,可以获得X射线源光谱强度,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射线激光研究奠定了基础.     

Atomic beam spectrometer using a LiF analyzer crystal

An energy analyzer has been constructed and operated in UHV for the purpose of analyzing the energy of neutral atoms scattered from solid surfaces. The analyzer consists of a LiF single crystal located at an angle close to the normal to the sample crystal so that the diffraction pattern obtained by scanning the LiF crystal yields the energy of the scattered atoms. Two designs which have been used are described. The temperature of both sample and analyzer crystal is near 20 K and once cleaned they can be maintained in the state of initial preparation for many weeks. The sample was a (001) Cu surface in this case. Such an energy analyzer can only be used, in most cases, for He atom scattering although Ne atoms could be used if the scattered intensities were adequate. The detector developed in this study is able to detect about 2x10(5) atoms/s. The resolution of the spectrometer depends on the incident energy of the atom and is about 1 meV at an incident energy of 23 meV. This resolution can be improved by a factor of 3 to 4 by cooling the nozzle to a temperature lower than 77 K and using variable size slits which can be inserted into the beam path.