[发明专利]X射线全息衍射光栅分束器

说明书

技术领域

本发明是一种X射线波段衍射光学元件，涉及衍射光学、全息光刻、X射线分束等科学领域，可用于X射线干涉、非可见光光栅分束等研究领域。

背景技术

利用衍射光栅对X射线分束，具有机械强度高，使用时间长，波长范围宽等特点。X射线为非可见光，X射线光学系统首先在大气下利用可见光或红外光完成光路调节，以确定系统中光学元件的位置。因此，基于衍射光栅分束的X射线光学系统需要调试光栅和工作光栅，两者的线密度与各自工作波长成反比，使工作光栅和调试光栅在各自的工作波长下有相同的色散角；此外，工作光栅和调试光栅的光栅线条(栅线)应尽可能平行，使入射光经过这两个分束光栅产生的衍射面尽可能平行，以保证在各自工作条件下光学系统的光路一致。因此，研制用于X射线光学系统的衍射光栅分束器包括工作光栅和调试光栅的制作及其拼接。

文献【1】(Dense plasma diagnostics with an amplitude-divisionsoft-x-ray laser interferometer based on diffraction gratings，J.Filevich，K.Kanizay，M.C.Marconi，J.L.A.Chilla，and J.J.Rocca，OPTICS LETTERS，2000，25(5)，pp.356-358)报道了利用机械刻划法制作的X射线光栅分束器，在一块基底上刻划出线密度分别为300线/mm和17.06线/mm的两种线密度光栅，两者垂直分布于同一光栅基底的上方和下方，分别作为软X射线Mach-Zehnder干涉仪的工作光栅和调试光栅，对应的工作波长分别为46.9nm和824nm。

衍射光栅的主要制作方法有机械刻划和全息光刻两种。机械刻划法用金刚石刻刀在金属表面挤压或抛光形成光栅刻槽。在正式落刀刻划之前，需用干涉显微镜进行准直，每次检查后金刚石刻刀都需要调整，直到完全满足待刻光栅的要求。机械刻划光栅是一个长时间、缓慢、费力的过程。由于刻划速度慢，小尺寸光栅刻划一般要几天或几星期，大尺寸高线密度的光栅甚至需要几个月的时间。刻划过程中，刻刀的磨损将直接影响光栅的刻槽轮廓，降低槽面的光洁度而形成一定水平的杂散光；此外，由于刻划机中丝杆、传动机构等的周期性误差，机械刻划光栅还会有鬼线等问题。机械刻划法制作衍射光栅具有制作周期较长，杂散光强、存在鬼线等不足之处。除了机械刻划方法，全息光刻是目前一种十分常用的衍射光栅制作方法。全息法制作衍射光栅是利用光波的干涉原理，即由两束成一定夹角的相干平行光干涉产生光栅的周期结构，并记录在光敏介质上。与机械刻划光栅相比，全息光栅具有制作周期短、杂散光低、无鬼线等优点。

X射线的波长范围约5-50nm，如果采用波长为632.8nm的He-Ne激光对X射线光学系统进行光路调节，则工作光栅与调试光栅的线密度相差约10-60倍。如果工作光栅的线密度为1000线/mm，则调试光栅的线密度约为22线/mm。由于全息干涉光学系统的原因，利用全息光刻的方法制作线密度小于100线/mm的光栅很不方便。因此，利用全息法制作X射线光栅分束器的主要难点是制作线密度较低的调试光栅。目前尚未见利用全息法制作X射线衍射光栅分束器的报道。

发明内容

为了解决利全息光刻方法制作线密度100线/mm光栅很不方便的问题，本发明提供一种用于X射线光学系统的全息衍射光栅分束器及制备方法，同时提供一种判断光栅分束器的工作光栅与调试光栅平行度的方法。

本发明的技术解决方案如下：

X射线全息衍射光栅分束器，包括光栅基片，所述光栅基片一侧面为光面，另一侧面上设有工作光栅和调试光栅；

所述调试光栅的栅线包含着工作光栅的栅线，且调试光栅的栅线与工作光栅的栅线平行，

所述工作光栅和调试光栅的线密度比值与各自工作波长成反比，为16-165。

本发明利用全息法制作的X射线衍射光栅分束器，由低线密度的调试光栅和高线密度的工作光栅构成，分别居于同一基底的上、下部分，特别是低线密度的调试光栅采用全息双频光栅结构。工作光栅与调试光栅的线密度由X射线光学系统的工作波长及其调整光路所采用的光源波长决定，具体满足下式，

n_oλ_o＝n_aλ_a(1)