透射光栅谱仪的整体标定

    由透射光栅配接X光CCD构成的透射光栅谱仪,在ICF实验当中有很重要的应用[1~4]。相应的实验标定工作已在北京同步辐射源上完成[5,6]。分别标定了X光CCD和透射光栅,综合可以获得透射光栅谱仪的能谱响应规律,可以对ICF试验中获得的透射光栅谱仪测量谱解谱。基于此,本文提出透射光栅谱仪整体标定的方案:将谱仪当成一个整体,通过一次标定实验直接获得整个谱仪对X光的响应。透射光栅的整体标定实验步骤少,实验数据处理简单,标定结果使用更加直接,理论上较分别标定更有优势。在北京同步辐射源上我们对实验中使用的透射光栅谱仪进行了整体标定,获得了与分别标定近乎一致、使用上更加直接的结果。

    1  实验布局及实验方案

    图1给出了整体标定实验的实验布局。其中样品室内的4个样品台通过转动可以实现位置全同互换。我们任取两个,其中一个放置透射光栅与限光狭缝组合,另一个放置限光狭缝的全同狭缝。图中的探测器实际上是一个硅光电二极管,可以对前方辐照过来的X光进行光电转换,将光信号转换为电信号,通过模数转换输入计算机。实验中,该探测器是我们的X光计量标准。前方的可变换能点的单射X光由北京同步辐射源软X光实验站低能X光束线提供。

    标定过程分两步进行:第一步,将样品台上的全同狭缝、探测器置于光路之中,探测前方提供的单能X光的光强;第二步将全同狭缝、探测器移开,将透射光栅狭缝组合、X光CCD置入光路,用X光CCD记录透射光栅的衍射图样。依次改变前方提供的单色X光的能点,重复上面的实验步骤即可完成对透射光栅谱仪的标定。

    标定实验结果的数据处理非常简单:(1)由输入计算机的探测器的读数计算出单色X光的光强Iλ;(2)由通过X光CCD获得的透射光栅衍射图样及曝光时间获得透射光栅各级衍射在单位时间内感应的X光CCD计数Nm;(3)将获得的光强Iλ与计数Nm相除即可获得针对某单色X光的透射光栅谱仪的各级的能谱响应:Rm=Iλ/Nm。

    利用这样的标定实验结果使透射光栅谱仪测量谱的解谱过程非常直接。在ICF实验中,我们利用透射光栅谱仪获得的激光等离子体(连续谱的复合X光源)的测量谱是以波长为自变量、以X光CCD计数为因变量的一条曲线。这条曲线是由透射光栅谱仪的各级衍射叠加而成的,我们仅需利用标定结果列简单方程即可方便的实现解谱:首先假设一个未知向量作为复合X光源的实际发射谱,利用标定结果计算各级衍射在X光CCD上感应出的以CCD读数为因变量的谱,各级谱叠加即等于实际测量谱。这是一个简单的多元线性一次方程,可以简单求解。这样的解谱过程比文献[7]中介绍的方法简单直接得多。