软X射线并联平场光栅的设计和制作

发布时间：2017-09-02 14:38

  本文关键词：软X射线并联平场光栅的设计和制作

  更多相关文章： 衍射光栅 平场光栅 并联光栅 软X射线 光栅设计 光栅制作 对准 线密度

【摘要】：平场光栅是掠入射平场谱仪中的核心光学元件,具有像差校正、高分辨和平焦场的优点,易与平面探测器件耦合。得益于近几年平面探测器件的快速发展,掠入射平场光栅光谱仪已广泛地应用于软X射线波段等离子诊断中。然而平场光栅的工作波段有限。为了拓宽平场光栅的工作波段,我们提出了一种并联平场光栅的概念,即将两块工作参数相同、工作波段不同的平场光栅制作在同一基底上。两子光栅(G1和G2)的工作波段分别为2～5nm和5～25nm。并联平场光栅可以利用同一狭缝,同一探测器,同时记录下瞬时的等离子体信息,因此并联平场光栅的工作波段为两组子光栅工作波段的叠加(2～25nm)。 本论文的目的是设计和制作并联平场光栅,论文的主要内容包括： 1.并联平场光栅的参数设计。基于光程函数理论,利用遗传算法,优化设计了并联平场光栅的参数。优化后的光栅入射角度为88°,基底曲率半径为9245mm。在整个工作波段内校正了像差,得到了光栅线密度变化系数。基于严格耦合波理论,优化了并联平场光栅的槽型参数,计算了光栅的衍射效率,并将并联平场光栅的衍射效率和标准平场光栅的衍射效率进行了对比。 2.并联平场光栅记录光路的参数优化。基于T. Namioka的非球面波曝光理论,选择遗传算法为优化算法,优化并确定了记录光路的参数,分析了记录光路优化后的光栅线密度与理论设计的光栅线密度的偏差,G1的线密度偏差在±0.4线/mm以内,G2的线密度偏差在士1线/mm以内,满足设计要求。对记录光路中各个参数误差对线密度的影响进行了详细地分析,确定了敏感参数,为实际记录光路的搭建提供了理论指导。基于光线追迹理论,计算了并联平场光栅的理论分辨能力,并将其与标准平场光栅的分辨能力做了对比。结果显示,者的分辨能力相当。 3.并联平场光栅的制作。阐述了其制作工艺以及用到的仪器设备,详细介绍了并联平场光栅记录光路的搭建过程并分析了搭建过程中误差对线密度的影响,结果证明光路搭建过程中的精度满足制作并联平场光栅的要求。由于并联平场光栅包含两个子光栅,因此两子光栅的对准精度将直接影响并联平场光栅的分辨能力,给出了理论的对准误差范围(0.366°),介绍了实际过程中两组子光栅的对准,详细分析了对准过程中各误差的情况,结果表明实际的对准误差0.234°,满足设计要求。针对实际制作中遇到的问题,给出了具体的解决方法,详细研究了制作过程中关键的工艺参数,并给出了各工艺参数以及该工艺中的槽型参数,其结果符合设计的槽型参数范围。 4.并联平场光栅线密度的测量。分别采用了衍射自准直和双波长衍射法测量了光栅的线密度,给出了详细的测量系统和过程,分析了测量误差。测量结果显示,制作的并联平场光栅的线密度与理论设计的线密度偏差均不超过士0.5%,符合设计要求。 研制结果表明,并联平场光栅既拓宽了平场光栅的工作波段,又保证了其分辨能力。装备有并联平场光栅的光谱仪将更适于记录宽波段的等离子体信息。
【关键词】：衍射光栅 平场光栅 并联光栅 软X射线 光栅设计 光栅制作 对准 线密度
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH74
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目录9-13
• 第一章 绪论13-27
• 1.1 引言13
• 1.2 软X射线平场光栅13-18
• 1.2.1 工作原理14-15
• 1.2.2 特点15
• 1.2.3 制作方法简介15-16
• 1.2.4 主要应用16-18
• 1.3 国内外的研究现状18-23
• 1.3.1 国外的研究现状和发展趋势18-21
• 1.3.2 国内的研究现状21-23
• 1.4 软X射线并联平场光栅23-25
• 1.4.1 软X射线平场光栅的局限23-24
• 1.4.2 软X射线并联平场光栅的概念24-25
• 1.5 选题意义和内容安排25-27
• 第二章 并联平场光栅的参数优化27-45
• 2.1 引言27
• 2.2 并联平场光栅谱仪结构的确定27-30
• 2.3 并联平场光栅线密度参数的优化30-38
• 2.3.1 平场光栅的成像特性30-33
• 2.3.2 平场光栅线密度参数的优化算法——遗传算法33-35
• 2.3.3 并联平场光栅线密度参数的优化35-37
• 2.3.4 并联平场光栅的线密度37-38
• 2.4 并联平场光栅槽型参数的优化38-43
• 2.4.1 与文献中平场光栅衍射效率计算结果对比38-39
• 2.4.2 并联平场光栅槽型参数的优化39-40
• 2.4.3 并联平场光栅衍射效率的计算40-42
• 2.4.4 并联平场光栅与标准平场光栅衍射效率的对比42-43
• 2.5 并联平场光栅参数的优化结果43-44
• 2.6 本章小结44-45
• 第三章 并联平场光栅记录光路的优化45-71
• 3.1 引言45
• 3.2 并联平场光栅的记录光路理论45-54
• 3.2.1 凹面光栅的全息记录光路45-47
• 3.2.2 平场光栅的全息记录光路理论47-54
• 3.3 并联平场光栅的记录光路参数的优化54-62
• 3.3.1 需要优化的记录光路参数54-56
• 3.3.2 目标函数56-57
• 3.3.3 记录光路的优化结果57-58
• 3.3.4 记录光路优化结果的评价58-60
• 3.3.5 各参数误差对线密度的影响60-62
• 3.4 并联平场光栅的理论分辨能力62-69
• 3.4.1 光线追迹理论62-66
• 3.4.2 并联平场光栅的理论分辨能力66-69
• 3.5 本章小结69-71
• 第四章 并联平场光栅的制作71-99
• 4.1 引言71
• 4.2 并联平场光栅的制作工艺71-73
• 4.3 并联平场光栅记录光路的搭建73-82
• 4.3.1 等光程补偿75
• 4.3.2 记录光路中主要部件介绍75-80
• 4.3.3 记录光路搭建过程80-81
• 4.3.4 记录光路搭建过程中的误差分析81-82
• 4.4 并联平场光栅中两组子光栅的对准82-89
• 4.4.1 理论对准误差82-85
• 4.4.2 两组子光栅的对准方法85-87
• 4.4.3 两组子光栅的对准误差的分析87-89
• 4.5 并联平场光栅制作中遇到的问题及关键工艺参数的确定89-97
• 4.5.1 并联平场光栅制作中遇到的问题及解决方法89-92
• 4.5.2 并联平场光栅制作中关键工艺参数的确定92-97
• 4.6 实验结果97-98
• 4.7 本章小结98-99
• 第五章 平场光栅的线密度测量99-123
• 5.1 引言99
• 5.2 常用的线密度测量方法99-104
• 5.2.1 原子力显微镜测量法99
• 5.2.2 激光干涉仪测量法99-100
• 5.2.3 莫尔条纹测量法100-101
• 5.2.4 LTP测量法101-102
• 5.2.5 衍射自准直测量法102-103
• 5.2.6 双波长衍射测量法103-104
• 5.3 衍射自准直方法测量系统及测量结果104-115
• 5.3.1 主要部件介绍105-107
• 5.3.2 实际测量过程107-108
• 5.3.3 测量误差分析108-112
• 5.3.4 测量结果112-115
• 5.4 双波长衍射法测量系统及测量结果115-121
• 5.4.1 主要部件介绍115-117
• 5.4.2 实际测量过程117-118
• 5.4.3 测量误差分析118
• 5.4.4 测量结果118-121
• 5.5 本章小结121-123
• 第六章 总结与展望123-127
• 6.1 论文的工作总结123-125
• 6.2 论文的主要创新点125
• 6.3 工作展望125-127
• 参考文献127-137
• 作者攻读博士学位期间发表的论文与其他成果137-139
• 致谢139-140

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈瑾,朱向冰;几何云纹法和变线密度光栅的检测[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2002年03期

2 巴音贺希格,齐向东,唐玉国;矩形光栅衍射效率的一般表达式及其缺级现象[J];光电子·激光;2003年10期

3 李朝明;吴建宏;赵艳皎;唐敏学;;高分辨率平场全息凹面光栅的研制[J];光电子·激光;2006年07期

4 周倩;曾理江;李立峰;;平场全息凹面光栅制作结构与使用结构之间误差补偿作用的数值模拟与实验验证[J];光谱学与光谱分析;2008年07期

5 周倩;李立峰;;光谱仪用平场凹面光栅的凸面母光栅的消像差设计思路[J];光谱学与光谱分析;2009年08期

6 孔鹏;唐玉国;巴音贺希格;李文昊;崔锦江;;零像散宽波段平场全息凹面光栅的优化设计[J];光谱学与光谱分析;2012年02期

7 朱向冰,何世平,付绍军,徐向东,陈瑾,洪义麟;云纹法检测变线距光栅的线密度[J];光学精密工程;2002年03期

8 朱向冰,付绍军,叶为全,何世平,陈瑾,徐向东,洪义麟;对变线距光栅干涉测量中的环形条纹的分析[J];光学精密工程;2002年06期

9 楼俊;徐向东;刘颖;洪义麟;付绍军;何世平;;全息平面变间距光栅刻线弯曲程度分析[J];光学精密工程;2006年01期

10 徐向东,洪义麟,霍同林,周洪军,陶晓明,傅绍军;同步辐射Laminar光栅的研制[J];光学技术;2001年05期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 肖君;基于EBIT光谱学研究手段建设及超低能EBIT的研制[D];复旦大学;2011年

2 杜学维;凹面变线距光栅的二维线密度分布测试及软X射线平场光谱仪的研制[D];中国科学技术大学;2013年

，

本文编号：779179