基于同步辐射的紫外-真空紫外光谱辐射测量装置的研制

　　20世纪70年代,中国计量科学研究院建立了以高温黑体为辐射基准器的辐射计量基准,光谱范围为250~2 500 nm,不确定度为1·4%~6·0%.随着紫外和真空紫外辐射的应用迅速增长,由于高温黑体固有的技术局限,已不能满足这一波段辐射计量的要求,中国计量科学研究院又于20世纪80年代开始等离子体辐射源的研究,建立了一套以氩弧为光谱辐射亮度标准(200~350 nm)的辐射亮度测量装置,对氘灯光谱辐射亮度测量结果的不确定度为15%[1].国家同步辐射实验室二期工程改造,中国计量科学研究院和合肥国家同步辐射实验室以及中科院长春光机所等单位联合在合肥国家同步辐射实验室计量光束线上建造了一套基于同步辐射的光谱辐射亮度测量装置,波长范围115~400 nm,并对氘灯的光谱辐射亮度进行了测量.紫外-真空紫外光谱辐射测量装置的建立,将光谱辐射计量研究扩展到真空紫外领域,为建立这一波段的国家辐射计量标准打下了基础.通过对合肥国家同步辐射实验室的800 MeV同步辐射光源的辐射特性进行研究,根据Schwinger提出的公式以同步辐射光源为基准光源,对氘灯的光谱辐射亮度进行了测量,并对测量结果进行了不确定度分析.

　　1　测量装置的系统组成

　　1·1　计量光束线和实验站

　　合肥国家同步辐射实验实的同步辐射光源是以200 MeV直线加速器为注入器的800 MeV电子储存环,储存环电子能量为800 MeV,同步辐射特征波长为2·4 nm,最大束流300 mA.储存环上有12块二级磁铁,从每块磁铁上可以引出光束线,每条光束线都可以建立实验站,因此整个储存环周围可以建立多条光束线和实验站,分别应用于物理、化学、生物学以及超大规模集成电路光刻、显微术、辐射计量等科学研究领域.合肥国家同步辐射实验室的计量光束线是由B12转弯磁铁处引出的,其结构示意图见图1.

　　1·2　单色仪和前置镜

　　该光束线由球面前置镜和正入射单色仪构成,前置镜距离同步辐射光源点10m,水平接收角3 mrad,垂直接收角2 mrad.单色仪为1 m的Saya-Namioka型,有两块球面光栅,波长覆盖范围60~400 nm,其光学元件参数见表1.滤光片分为3片,其截止波长分别为115~230 nm (MgF2),200~320 nm(熔石英),310~400nm(颜色玻璃).真空紫外偏振片采用三镜式结构,有两片Al+MgF2反射镜和一片MgF2晶体组成.光电倍增管为英国生产的MgF2窗口的9402型,响应波长为110~360 nm.通过前置镜的旋转完成同步辐射源(SR)和待标定光源的测量.待标定光源与前置镜距离为2m,因此SR与待测光源的像点不一致,通过单色仪的平移达到两束光均成像在入射狭缝处.球面前置镜需要进行两种工作状态的转换,前置镜旋转通过手动真空馈入装置完成.