软X射线波段透射光栅衍射效率检测系统

　　0 引言

　　透射光栅作为一种重要的色散元件在众多科研领域都得到了广泛应用，如激光惯性约束核聚变装置[1-2]、X 射线显微成像技术[3-6]和 X 射线空间探测装置[7-10]。但要通过透射光栅进行软 X 射线能谱的定量测量，必须确定其各级光谱的绝对衍射效率，

　　通常采用两种方法：一是通过在足够多的 X 射线能量点进行衍射效率的实验标定，直接给出透射光栅各级衍射效率随入射 X 射线能量的变化曲线;另一种方法是结合透射光栅的结构参数，建立适当的理论模型，通过理论计算给出透射光栅的各级衍射效率。国内外已有多家实验室对透射光栅进行过一系列的实验标定，并发展了计算透射光栅衍射效率的矩形栅线模型和梯形栅线模型。其中，对透射光栅进行实验标定时，一般采用同步辐射光源作为标定光源，但这类光源目前在国内数量很少，无法满足众多非同步辐射实验室进行该波段光学研究的需要。为了解决这一问题，我们采用激光等离子体光源作为实验光源，以凹面反射光栅作为色散元件组成了一套标定装置，对透射光栅在软 X 射线波段的衍射效率进行实验标定。在理论模型方面，通常透射光栅的衍射效率仅与光栅栅线的截面形状有关，而与入射光束的波长无关，但在软 X 射线波段，由于光栅栅线随着入射X射线能量的增加而逐渐变得透明，导致透射光栅衍射效率与入射 X 射线能量有关，同时也与栅线的截面形状有关，因此，矩形栅线模型和梯形栅线模型就有一定的不合理性。为此，采用透射光栅栅线为准梯形截面的计算模型[11]

　　对透射光栅的衍射效率进行理论计算。

　　1 实验标定

　　1.1 凹面光栅单色仪的标定

　　为了使该单色系统能够准确地进行波长扫描，需要对其进行波长标定。我们选用空心阴极光源的发射光谱对凹面光栅单色仪进行波长标定。空心阴极光源是一种较为稳定的气体放电光源，其工作气体一般为 He、Ne、Ar 等，放电区域主要是阴极暗区、负辉区和正柱区。实验当中所采用的空心阴极光源是由筒状阳极、空心阴极和差分室组成。空心阴极由铜钨合金锥形阴极帽和铜阴极座组成，这样有利于导电和散热;阳极是由铝制成，呈筒状;阴极和阳极之间采用聚四氟乙烯绝缘，双壁水冷方式制冷，结构简图如图 1 所示。

　　由美国 NIST[12]给出的几种气体的光谱可知，在 1-60nm波段范围内对该检测系统进行波长标定，He 是最理想的工作气体。这是因为 He 的发射谱线是离散的，较强的谱线有三条以上，而且彼此之间相距很远，如图 2 所示。我们以 He 空心阴极光源所发射的 30.38nm、53.70nm、58.43nm 三条谱线做为标准点，通过建立拟合曲线方程的方法对该单色系统进行波长标定。