专利名称：消像散掠入射凹面光栅单色器的制作方法
技术领域：
本发明属于光学技术领域，涉及短波段光学领域中消像散成像、定向角不变、抑制高级次光谱的掠入射凹面光栅单色器系统。
在短波段领域，要获得50nm以下的真空紫外及软X线光谱，需要掠入射单色器，最常用的是采用工作于罗兰圆上掠入射凹面光栅单色器，它的入缝、出缝和凹面光栅顶点处于一个以凹面光栅曲率半径为直径的园上，这时可在子午面上获得良好的象质，而弧矢面上成像确有较大的离散，这种系统的缺点是像散极为严重。
本发明的目的是在短波波段获得一种消像散的单色器。
本发明的详细内容
图1和图2所示它包括入射狭缝1、凹面光栅2、出射狭缝3、聚焦镜4，其特点是聚焦镜4的汇聚光束照射在凹面光栅2上，凹面光栅2的色散光束成像在出射狭缝3中，凹面光栅2的负物距r与凹面光栅2的像距r’相等。凹面光栅2的色散光束照射在反射镜5的反射面上，反射镜5反射的光束成像在出射狭缝3中。
来自被测光源的光，由入射狭缝1经聚焦镜4聚焦后，形成一个消像散点F，此点位于凹面光栅2之后，而与凹面光栅2顶点O的距离为r。F点相对于凹面光栅2则为负物距点，形成F点的光束，经凹面光栅2衍射后，在出射狭缝3处得到被测光源消像散的光谱成像，出射狭缝3与凹面光栅2顶点O的距离为r’。由凹面光栅理论，单色器在扫描过程中，应使凹面光栅子午聚焦项为零，在上述情况下，采用凹面光栅负物距工作，同时r＝r’，并令r’/R＝C为一常数(R是凹面光栅的曲率半径)，得到cosβ-cosα＝C……(1)考虑到凹面光栅基本衍射方程，得到此系统的扫描方程为Nmλ＝sinα-sin(arccos(cosα+C))……(2)以上两个式中α为凹面光栅的入射角，β为凹面光栅的衍射角，N为刻线密度，m为级次，λ为出射狭缝处光谱波长。式(2)指出了本系统光谱输出波长λ与入射角α的关系式。当α改变时，λ也随之发生改变。在系统工作中，只需旋转凹面光栅2，改变入射角α，并使出射狭缝3以凹面光栅2的顶点O为圆心，沿以r’为半径并在满足方程(1)和(2)的条件下，作圆周运动，在出射狭缝3处即可获得入射狭缝1处光的不同光谱成份。
图2在图1的基础上加入反射镜5，其工作过程凹面光栅满足(1)和(2)两式条件下，其绕自身顶点O转动，同时转动和平移反射镜5将不同波长的衍射光以固定方向从出射狭缝3中射出，r1+r2＝r。出射狭缝3可固定不动，组成一个可定偏向输出的掠入射单色器，适合于在同步辐射光束线等大型装置中应用。
本发明的积极效果基于凹面光栅在满足像距等于物距条件下的负物距工作的单色器，其优点是(1)系统具有消像散能力，由弧矢光束聚焦方程可推出罗兰圆式掠入射单色器像散可表示为l＝Hcosβ(tgα·sinα+tgβsinβ)……(3)，l即为像散线段长度，H为凹面光栅有效刻线高度。本发明系统像散可表达为l＝H(2C·COSα+C2)，根据实际情形，当H为50mm，α为86°，β为84°，C选为0.0347时，计算可得，罗兰圆式掠入射单色器的像散l达124mm，而本发明系统像散l仅为0.302mm，与已有技术相比相差近400倍，由此可以看出本发明的单色器系统具有消像散能力。
(2)单色器在扫描过程中其定向角θB＝1/2(α-β)基本不变，由式(2)及定向角θB定义式得到Nmλ＝2sinθBcos(α-θB)，同时考虑扫描过程要满足式(1)，在C选择为0.0347时，当α从80°变化至89°中，θB只从1.01°变为0.994°而基本不变，这样本发明在整个工作谱段都可获得高通量输出。
(3)合理选择本发明的结构参数，还可使本发明具有抑制高级次光谱的能力。
本发明可以应用在同步辐射装置或其它短波段的光谱分析中，能以较高分辨率和高输出通量方式工作，这是现有其它掠入射凹面光栅单色器系统难以达到的。
图1是本发明结构示意图和一个实施例。
图2是本发明结构示意图和一个实施例。
图1示入射狭缝1和出射狭缝3采用普通直狭缝，出射狭缝3根据扫描方程(1)和(2)以凹面光栅顶点O为圆心，以r’为半径作圆周运动。凹面光栅2采用机电结构且根据扫描方程(2)驱动凹面光栅2绕自身顶点O转动，凹面光栅可采用凹球面光栅或凹柱面光栅。聚焦镜4可选用椭球镜或超环面反射镜。
图2示在凹面光栅2后加反射镜5，在工作波段范围内旋转并平移反射镜5。则可组成一个定偏向输出的掠入射单色器。反射镜5可选用平面反射镜，此时r＝r’，r’≈r1+r2。
权利要求
1.一种消像散掠入射凹面光栅单色器，包括入射狭缝1、凹面光栅2、出射狭缝3，其特征在于聚光镜4的汇聚光束照射在凹面光栅2上，凹面光栅2的色散光束成像在出射狭缝3中，凹面光栅2的负物距r与像距r’相等。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于凹面光栅2的色散光束照射在反射镜5的反射面上，反射镜5反射的光束成像在出射狭缝3中。
全文摘要
本发明属于光学技术领域,涉及短波段光学领域中消像散成像、定向角基本不变、抑制高级次光谱的掠入射凹面光栅单色器系统。已有技术中采用工作于罗兰圆上掠入射凹面光栅单色器,其特点是像散极为严重。本发明采用狭缝、凹面光栅、聚焦镜和反射镜组成,其特点是采用凹面光栅的负物距r与像距r’相等。本发明可在同步辐射装置或其它短波段光谱分析中能以较高分辨率和高输出通量方式工作,可获得消像散成像。
文档编号G01J3/12GK1193748SQ9710069
公开日1998年9月23日 申请日期1997年3月14日 优先权日1997年3月14日
发明者卢启鹏 申请人:中国科学院长春光学精密机械研究所