軟X射線并聯(lián)平場(chǎng)光柵的設(shè)計(jì)和制作.pdf

1、平場(chǎng)光柵是掠入射平場(chǎng)譜儀中的核心光學(xué)元件，具有像差校正、高分辨和平焦場(chǎng)的優(yōu)點(diǎn)，易與平面探測(cè)器件耦合。得益于近幾年平面探測(cè)器件的快速發(fā)展，掠入射平場(chǎng)光柵光譜儀已廣泛地應(yīng)用于軟X射線波段等離子診斷中。然而平場(chǎng)光柵的工作波段有限。為了拓寬平場(chǎng)光柵的工作波段，我們提出了一種并聯(lián)平場(chǎng)光柵的概念，即將兩塊工作參數(shù)相同、工作波段不同的平場(chǎng)光柵制作在同一基底上。兩子光柵(G1和G2)的工作波段分別為2～5 nm和5～25 nm。并聯(lián)平場(chǎng)光柵可以利用同一

2、狹縫，同一探測(cè)器，同時(shí)記錄下瞬時(shí)的等離子體信息，因此并聯(lián)平場(chǎng)光柵的工作波段為兩組子光柵工作波段的疊加(2～25 nm)。
　　本論文的目的是設(shè)計(jì)和制作并聯(lián)平場(chǎng)光柵，論文的主要內(nèi)容包括:
　　1.并聯(lián)平場(chǎng)光柵的參數(shù)設(shè)計(jì)?；诠獬毯瘮?shù)理論，利用遺傳算法，優(yōu)化設(shè)計(jì)了并聯(lián)平場(chǎng)光柵的參數(shù)。優(yōu)化后的光柵入射角度為88°，基底曲率半徑為9245mm。在整個(gè)工作波段內(nèi)校正了像差，得到了光柵線密度變化系數(shù)?；趪?yán)格耦合波理論，優(yōu)化了并聯(lián)平場(chǎng)光

3、柵的槽型參數(shù)，計(jì)算了光柵的衍射效率，并將并聯(lián)平場(chǎng)光柵的衍射效率和標(biāo)準(zhǔn)平場(chǎng)光柵的衍射效率進(jìn)行了對(duì)比。
　　2.并聯(lián)平場(chǎng)光柵記錄光路的參數(shù)優(yōu)化。基于T.Namioka的非球面波曝光理論，選擇遺傳算法為優(yōu)化算法，優(yōu)化并確定了記錄光路的參數(shù)，分析了記錄光路優(yōu)化后的光柵線密度與理論設(shè)計(jì)的光柵線密度的偏差，G1的線密度偏差在±0.4線/mm以內(nèi)，G2的線密度偏差在±1線/mm以內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求。對(duì)記錄光路中各個(gè)參數(shù)誤差對(duì)線密度的影響進(jìn)行了詳細(xì)

4、地分析，確定了敏感參數(shù)，為實(shí)際記錄光路的搭建提供了理論指導(dǎo)?；诠饩€追跡理論，計(jì)算了并聯(lián)平場(chǎng)光柵的理論分辨能力，并將其與標(biāo)準(zhǔn)平場(chǎng)光柵的分辨能力做了對(duì)比。結(jié)果顯示，二者的分辨能力相當(dāng)。
　　3.并聯(lián)平場(chǎng)光柵的制作。闡述了其制作工藝以及用到的儀器設(shè)備，詳細(xì)介紹了并聯(lián)平場(chǎng)光柵記錄光路的搭建過程并分析了搭建過程中誤差對(duì)線密度的影響，結(jié)果證明光路搭建過程中的精度滿足制作并聯(lián)平場(chǎng)光柵的要求。由于并聯(lián)平場(chǎng)光柵包含兩個(gè)子光柵，因此兩子光柵的對(duì)準(zhǔn)精

5、度將直接影響并聯(lián)平場(chǎng)光柵的分辨能力，給出了理論的對(duì)準(zhǔn)誤差范圍(＜0.366°)，介紹了實(shí)際過程中兩組子光柵的對(duì)準(zhǔn)，詳細(xì)分析了對(duì)準(zhǔn)過程中各誤差的情況，結(jié)果表明實(shí)際的對(duì)準(zhǔn)誤差＜0.234°，滿足設(shè)計(jì)要求。針對(duì)實(shí)際制作中遇到的問題，給出了具體的解決方法，詳細(xì)研究了制作過程中關(guān)鍵的工藝參數(shù)，并給出了各工藝參數(shù)以及該工藝中的槽型參數(shù)，其結(jié)果符合設(shè)計(jì)的槽型參數(shù)范圍。
　　4.并聯(lián)平場(chǎng)光柵線密度的測(cè)量。分別采用了衍射自準(zhǔn)直和雙波長衍射法測(cè)量了光