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软X射线全息平焦场光栅的条纹弯曲现象及其对光谱分辨率的影响

陈火耀 刘正坤 王庆博 易涛 杨国洪 洪义麟 付绍军

软X射线全息平焦场光栅的条纹弯曲现象及其对光谱分辨率的影响

陈火耀, 刘正坤, 王庆博, 易涛, 杨国洪, 洪义麟, 付绍军
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  • 软X射线平焦场光栅光谱仪是等离子体诊断的重要仪器, 其核心光学元件全息平焦场光栅通常采用非球面波记录光路制作, 因此光栅条纹存在弯曲的现象. 光栅条纹的弯曲会影响光谱成像质量, 从而影响系统的光谱分辨率. 记录光路的优化, 只保证光栅子午面的线密度分布, 因此优化的记录光路并不是惟一的, 所以在保证子午面的线密度分布的同时能制作具有不同弯曲程度条纹的光栅. 针对应用于0.86 nm的全息平焦场光栅, 利用光线追迹方法分析了不同弯曲程度条纹光栅的光谱成像, 发现采用柱面反射镜制作的接近于直条纹的光栅具有较好的光谱成像质量. 相对于弯曲条纹的光栅, 接近于直条纹的光栅理论光谱分辨率有明显的提高, 入射波长为3 nm时, 光谱分辨率从626提升到953, 入射波长为5 nm时, 光谱分辨率从635提高到1222.
    • 基金项目: 国家自然科学基金委员会-中国工程物理研究院联合基金(批准号:U1230104)资助的课题.
    [1]

    Wu J, Yang J M, Ding Y K, Ding Y N, Wang Y M, Zhang W H, Zheng Z J, Yang X D 2002 High Power Laser Particle Beams 14 489 (in Chinese) [吴军, 杨家敏, 丁永坤, 丁耀南, 王跃梅, 张文海, 郑志坚, 杨向东 2002 强激光与粒子束 14 489]

    [2]

    Yang J M, Ding Y N, Chen B, Zheng Z J, Yang G H, Zhang B H, Wang Y M, Zhang W H 2003 Acta Phys. Sin. 52 411 (in Chinese) [杨家敏, 丁耀南, 陈波, 郑志坚, 杨国洪, 张保汉, 王耀梅, 张文海 2003 物理学报 52 411]

    [3]

    Xie X H, Liu Y Q, Fan P Z, Li R X 2004 Chin. Phys. 13 1826

    [4]

    Yang J M, Ding Y N, Zheng Z J, Wang Y M, Zhang W H, Zhang J Y, Liu J Y, Shan B, Gao S C, Ren Y L, Liu X Q 2003 Acta Phys. Sin. 52 1427 (in Chinese) [杨家敏, 丁耀南, 郑志坚, 王耀梅, 张文海, 张继彦, 刘进元, 山冰, 高盛琛, 任有来, 刘秀琴 2003 物理学报 52 1427]

    [5]

    Kita T, Harada T, Nakano N, Kuroda H 1983 Appl. Opt. 22 512

    [6]

    Koike M, Yamazaki T, Harada Y 1999 J. Electron. Spectrosc. Relat. Phenom. 101 913

    [7]

    Imazono T, Ishino M, Koike M, Sasai H, Sano K 2007 Appl. Opt. 46 7054

    [8]

    Imazono T, Koike M, Koeda M, Nagano T, Sasai H, Oue Y, Yonezawa Z, Kuramoto S, Terauchi M, Takahashi H, Handa N, Murano T 2012 21st In ternational Conference on X-Ray Optics and Microanalysis Campinas, Brazil, September 5-9, 2011 p24

    [9]

    Lou J, Xu X D, Liu Y, Hong Y L, Fu S J, He S P 2006 Opt. Precision Eng. 14 12 (in Chinese) [楼俊, 徐向东, 刘颖, 洪义麟, 付绍军, 何世平 2006 光学精密工程 14 12]

    [10]

    Namioka T, Koike M 1995 Appl. Opt. 34 2180

    [11]

    Harada T, Takahashi K, Sakuma H, Osyczka A 1999 Appl. Opt. 38 2743

    [12]

    Noda H, Namioka T, Seya M 1974 J. Opt. Soc. Am. 64 1037

    [13]

    Dong Q L, Liu Y Q, Teng H, Li Y J, Zhang J 2014 Chin. Phys. B 23 065206

  • [1]

    Wu J, Yang J M, Ding Y K, Ding Y N, Wang Y M, Zhang W H, Zheng Z J, Yang X D 2002 High Power Laser Particle Beams 14 489 (in Chinese) [吴军, 杨家敏, 丁永坤, 丁耀南, 王跃梅, 张文海, 郑志坚, 杨向东 2002 强激光与粒子束 14 489]

    [2]

    Yang J M, Ding Y N, Chen B, Zheng Z J, Yang G H, Zhang B H, Wang Y M, Zhang W H 2003 Acta Phys. Sin. 52 411 (in Chinese) [杨家敏, 丁耀南, 陈波, 郑志坚, 杨国洪, 张保汉, 王耀梅, 张文海 2003 物理学报 52 411]

    [3]

    Xie X H, Liu Y Q, Fan P Z, Li R X 2004 Chin. Phys. 13 1826

    [4]

    Yang J M, Ding Y N, Zheng Z J, Wang Y M, Zhang W H, Zhang J Y, Liu J Y, Shan B, Gao S C, Ren Y L, Liu X Q 2003 Acta Phys. Sin. 52 1427 (in Chinese) [杨家敏, 丁耀南, 郑志坚, 王耀梅, 张文海, 张继彦, 刘进元, 山冰, 高盛琛, 任有来, 刘秀琴 2003 物理学报 52 1427]

    [5]

    Kita T, Harada T, Nakano N, Kuroda H 1983 Appl. Opt. 22 512

    [6]

    Koike M, Yamazaki T, Harada Y 1999 J. Electron. Spectrosc. Relat. Phenom. 101 913

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    Imazono T, Ishino M, Koike M, Sasai H, Sano K 2007 Appl. Opt. 46 7054

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    [9]

    Lou J, Xu X D, Liu Y, Hong Y L, Fu S J, He S P 2006 Opt. Precision Eng. 14 12 (in Chinese) [楼俊, 徐向东, 刘颖, 洪义麟, 付绍军, 何世平 2006 光学精密工程 14 12]

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    [11]

    Harada T, Takahashi K, Sakuma H, Osyczka A 1999 Appl. Opt. 38 2743

    [12]

    Noda H, Namioka T, Seya M 1974 J. Opt. Soc. Am. 64 1037

    [13]

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  • [1] 刘正坤, 邱克强, 陈火耀, 刘颖, 徐向东, 付绍军, 王琛, 安红海, 方智恒. 软X射线双频光栅剪切干涉法研究. 物理学报, 2013, 62(7): 070703. doi: 10.7498/aps.62.070703
    [2] 李金洋, 逯丹凤, 祁志美. 集成光波导静态傅里叶变换微光谱仪分辨率倍增方法. 物理学报, 2015, 64(11): 114207. doi: 10.7498/aps.64.114207
    [3] 刘钰薇, 张文海, 张继成, 范全平, 魏来, 晏卓阳, 赵屹东, 崔明启, 邱荣, 曹磊峰. 准随机矩形孔阵列透射光栅. 物理学报, 2015, 64(7): 074201. doi: 10.7498/aps.64.074201
    [4] 李杰, 朱京平, 张云尧, 刘宏, 侯洵. 光谱分辨率可调的新型干涉成像光谱技术研究. 物理学报, 2013, 62(2): 024205. doi: 10.7498/aps.62.024205
    [5] 赵 佳, 王占山, 朱京涛, 张 众, 鄢 芬, 崔明启, 陈 凯, 孙立娟, 席识博, 周克瑾, 郑 雷, 赵屹东. 基于多层膜偏振元件的软X射线磁光Faraday偏转测量. 物理学报, 2008, 57(5): 2860-2865. doi: 10.7498/aps.57.2860
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    [7] 刘运全, 张 杰, 陈正林, 彭晓昱. 软x射线平场光谱仪系统的优化设计. 物理学报, 2004, 53(5): 1433-1439. doi: 10.7498/aps.53.1433
    [8] 缪建伟, 崔明启, 王俊, 崔聪悟, 黎刚, 朱佩平. 软X射线多层膜单色器能量分辨研究. 物理学报, 1997, 46(5): 1015-1021. doi: 10.7498/aps.46.1015
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    [10] 杨家敏, 易荣清, 陈正林, 孙可煦, 丁耀南, 郑志坚, 李朝光, 崔明启, 朱佩平, 崔聪悟. 透射光栅对软X射线衍射效率的研究. 物理学报, 1998, 47(4): 613-618. doi: 10.7498/aps.47.613
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    [12] 陆坤权, 常龙存, 赵雅琴. X射线连续谱晶体单色器的分辨率. 物理学报, 1983, 32(12): 1505-1514. doi: 10.7498/aps.32.1505
    [13] 王寯越, 朱佩平, 洗鼎昌, 谢红兰, 高鸿奕, 陈建文, 熊诗圣, 徐至展. 具有原子分辨率的x射线荧光全息术的数值模拟研究. 物理学报, 2003, 52(9): 2223-2228. doi: 10.7498/aps.52.2223
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    [15] 张文喜, 相里斌, 孔新新, 李杨, 伍洲, 周志盛. 相干场成像技术分辨率研究. 物理学报, 2013, 62(16): 164203. doi: 10.7498/aps.62.164203
    [16] 曾鹏, 袁铮, 邓博, 袁永腾, 李志超, 刘慎业, 赵屹东, 洪才浩, 郑雷, 崔明启. 软X射线条纹相机透射式Au与CsI阴极谱响应灵敏度标定. 物理学报, 2012, 61(15): 155209. doi: 10.7498/aps.61.155209
    [17] 沈孝良, 崔明启, 刘丽冰, 缪建伟, 陈光辉, 袁利祥, 范正修, 殷功杰, 邵建达, 易葵. 亚微米光栅周期的软X射线多层膜光栅的衍射效率研究. 物理学报, 1995, 44(2): 184-188. doi: 10.7498/aps.44.184
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    [19] 邱克强, 徐向东, 刘 颖, 洪义麟, 付绍军. 软X射线位相型金透射光栅的设计与制作. 物理学报, 2008, 57(10): 6329-6334. doi: 10.7498/aps.57.6329
    [20] 陈勇, 邱克强, 徐向东, 刘正坤, 刘颖, 付绍军. 1000线/毫米软X射线自支撑闪耀透射光栅的设计与制作. 物理学报, 2012, 61(12): 120702. doi: 10.7498/aps.61.120702
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-05-22
  • 修回日期:  2014-07-26
  • 刊出日期:  2014-12-05

软X射线全息平焦场光栅的条纹弯曲现象及其对光谱分辨率的影响

  • 1. 中国科学技术大学国家同步辐射实验室, 合肥 230029;
  • 2. 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 绵阳 621900
    基金项目: 

    国家自然科学基金委员会-中国工程物理研究院联合基金(批准号:U1230104)资助的课题.

摘要: 软X射线平焦场光栅光谱仪是等离子体诊断的重要仪器, 其核心光学元件全息平焦场光栅通常采用非球面波记录光路制作, 因此光栅条纹存在弯曲的现象. 光栅条纹的弯曲会影响光谱成像质量, 从而影响系统的光谱分辨率. 记录光路的优化, 只保证光栅子午面的线密度分布, 因此优化的记录光路并不是惟一的, 所以在保证子午面的线密度分布的同时能制作具有不同弯曲程度条纹的光栅. 针对应用于0.86 nm的全息平焦场光栅, 利用光线追迹方法分析了不同弯曲程度条纹光栅的光谱成像, 发现采用柱面反射镜制作的接近于直条纹的光栅具有较好的光谱成像质量. 相对于弯曲条纹的光栅, 接近于直条纹的光栅理论光谱分辨率有明显的提高, 入射波长为3 nm时, 光谱分辨率从626提升到953, 入射波长为5 nm时, 光谱分辨率从635提高到1222.

English Abstract

参考文献 (13)

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