專利名稱：一種新型掠入射單色器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及短波段光學(xué)領(lǐng)域中消像散成像、定向角不變、抑制高級(jí)次光譜的掠入射凹面光柵單色器系統(tǒng)。
在短波段領(lǐng)域，要獲得50nm以下的真空紫外及軟X線光譜，需要掠入射單色器，最常用的是采用工作于羅蘭圓上掠入射凹面光柵單色器，它的入縫、出縫和凹面光柵頂點(diǎn)處于一個(gè)以凹面光柵曲率半徑為直徑的園上，這時(shí)可在子午面上獲得良好的象質(zhì)，而弧矢面上成像確有較大的離散，這種系統(tǒng)的缺點(diǎn)是像散極為嚴(yán)重。
本發(fā)明的目的是在短波波段獲得一種消像散的單色器。
本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容

圖1和圖2所示它包括入射狹縫1、凹面光柵2、出射狹縫3、聚焦鏡4，其特點(diǎn)是聚焦鏡4的匯聚光束照射在凹面光柵2上，凹面光柵2的色散光束成像在出射狹縫3中，凹面光柵2的負(fù)物距r與凹面光柵2的像距r’相等。凹面光柵2的色散光束照射在反射鏡5的反射面上，反射鏡5反射的光束成像在出射狹縫3中。
來自被測(cè)光源的光，由入射狹縫1經(jīng)聚焦鏡4聚焦后，形成一個(gè)消像散點(diǎn)F，此點(diǎn)位于凹面光柵2之后，而與凹面光柵2頂點(diǎn)O的距離為r。F點(diǎn)相對(duì)于凹面光柵2則為負(fù)物距點(diǎn)，形成F點(diǎn)的光束，經(jīng)凹面光柵2衍射后，在出射狹縫3處得到被測(cè)光源消像散的光譜成像，出射狹縫3與凹面光柵2頂點(diǎn)O的距離為r’。由凹面光柵理論，單色器在掃描過程中，應(yīng)使凹面光柵子午聚焦項(xiàng)為零，在上述情況下，采用凹面光柵負(fù)物距工作，同時(shí)r＝r’，并令r’/R＝C為一常數(shù)(R是凹面光柵的曲率半徑)，得到COSβ-COSα＝C……(1)考慮到凹面光柵基本衍射方程，得到此系統(tǒng)的掃描方程為Nmλ＝sinα-sin(arccos(cosα+C))……(2)以上兩個(gè)式中α為凹面光柵的入射角，β為凹面光柵的衍射角，N為刻線密度，m為級(jí)次，λ為出射狹縫處光譜波長。式(2)指出了本系統(tǒng)光譜輸出波長λ與入射角α的關(guān)系式。當(dāng)α改變時(shí)，λ也隨之發(fā)生改變。在系統(tǒng)工作中，只需旋轉(zhuǎn)凹面光柵2，改變?nèi)肷浣铅?，并使出射狹縫3以凹面光柵2的頂點(diǎn)O為圓心，沿以r’為半徑并在滿足方程(1)和(2)的條件下，作圓周運(yùn)動(dòng)，在出射狹縫3處即可獲得入射狹縫1處光的不同光譜成份。
圖2在圖1的基礎(chǔ)上加入反射鏡5，其工作過程凹面光柵滿足(1)和(2)兩式條件下，其繞自身頂點(diǎn)O轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)和平移反射鏡5將不同波長的衍射光以固定方向從出射狹縫3中射出，r1+r2＝r。出射狹縫3可固定不動(dòng)，組成一個(gè)可定偏向輸出的掠入射單色器，適合于在同步輻射光束線等大型裝置中應(yīng)用。
本發(fā)明的積極效果基于凹面光柵在滿足像距等于物距條件下的負(fù)物距工作的單色器，其優(yōu)點(diǎn)是(1)系統(tǒng)具有消像散能力。由弧矢光束聚焦方程可推出羅蘭圓式掠入射單色器像散可表示為l＝Hcosβ(tgα·sinα+tgβsinβ)……(3)，l即為像散線段長度，H為凹面光柵有效刻線高度。本發(fā)明系統(tǒng)像散可表達(dá)為l＝H(2C·COSα+C2)，根據(jù)實(shí)際情形，當(dāng)H為50mm，α為86°，β為84°，C選為0.0347時(shí)，計(jì)算可得，羅蘭圓式掠入射單色器的像散l達(dá)124mm，而本發(fā)明系統(tǒng)像散l僅為0.302mm，與已有技術(shù)相比相差近400倍，由此可以看出本發(fā)明的單色器系統(tǒng)具有消像散能力。
(2)單色器在掃描過程中其定向角θB＝1/2(α-β)基本不變，由式(2)及定向角θB定義式得到Nmλ＝2sinθBcos(α-θB)，同時(shí)考慮掃描過程要滿足式(1)，在C選擇為0.0347時(shí)，當(dāng)α從80°變化至89°中，θB只從1.01°變?yōu)?.994°而基本不變，這樣本發(fā)明在整個(gè)工作譜段都可獲得高通量輸出。
(3)合理選擇本發(fā)明的結(jié)構(gòu)參數(shù)，還可使本發(fā)明具有抑制高級(jí)次光譜的能力。
本發(fā)明可以應(yīng)用在同步輻射裝置或其它短波段的光譜分析中，能以較高分辨率和高輸出通量方式工作，這是現(xiàn)有其它掠入射凹面光柵單色器系統(tǒng)難以達(dá)到的。
圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖和一個(gè)實(shí)施例。
圖2是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖和一個(gè)實(shí)施例。
圖1示入射狹縫1和出射狹縫3采用普通直狹縫，出射狹縫3根據(jù)掃描方程(1)和(2)以凹面光柵頂點(diǎn)O為圓心，以r’為半徑作圓周運(yùn)動(dòng)。凹面光柵2采用機(jī)電結(jié)構(gòu)且根據(jù)掃描方程(2)驅(qū)動(dòng)凹面光柵2繞自身頂點(diǎn)O轉(zhuǎn)動(dòng)，凹面光柵可采用凹球面光柵或凹柱面光柵。聚焦鏡4可選用橢球鏡或超環(huán)面反射鏡。
圖2示在凹面光柵2后加反射鏡5，在工作波段范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)并平移反射鏡5。則可組成一個(gè)定偏向輸出的掠入射單色器。反射鏡5可選用平面反射鏡，此時(shí)r＝r’，r’≈r1+r2。
權(quán)利要求1.一種新型掠入射單色器系統(tǒng)，包括入射狹縫1、凹面光柵2、出射狹縫3，其特征在于聚光鏡4的匯聚光束照射在凹面光柵2上，凹面光柵2的色散光束成像在出射狹縫3中，凹面光柵2的負(fù)物距r與像距r’相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述單色器系統(tǒng)特征在于凹面光柵2的色散光束照射在反射鏡5的反射面上，反射鏡5反射的光束成像在出射狹縫3中。
專利摘要本實(shí)用新型屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域,涉及短波段光學(xué)領(lǐng)域中消像散成像、定向角基本不變、抑制高級(jí)次光譜的掠入射凹面光柵單色器系統(tǒng)。已有技術(shù)中采用工作于羅蘭圓上掠入射凹面光柵單色器,其特點(diǎn)是像散極為嚴(yán)重。本實(shí)用新型采用狹縫、凹面光柵、聚焦鏡和反射鏡組成,其特點(diǎn)是采用凹面光柵的負(fù)物距r與像距r’相等。本實(shí)用新型可在同步輻射裝置或其它短波段光譜分析中能以較高分辨率和高輸出通量方式工作,可獲得消像散成像。
文檔編號(hào)G01J3/12GK2287717SQ9720172
公開日1998年8月12日 申請(qǐng)日期1997年3月14日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月14日
發(fā)明者盧啟鵬 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械研究所