[发明专利]一种多波段晶体谱仪及其调节方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种晶体谱仪，具体涉及一种多波段晶体谱仪及其调节方法。

背景技术

晶体谱仪是测量短波长辐射的线性谱和连续谱的重要仪器，它使人们能够在原子尺度上去深入了解物质结构及高能密度物理条件下的物理过程。它是高能密度物理实验研究领域当中应用最为广泛的也是最重要的诊断手段之一。晶体谱仪利用晶体中原子的点阵进行光谱分析，晶体中原子间距与X光波长相近，当X光束的入射角满足晶体布拉格（Bragg）条件时，在特定方向会产生强反射，最终不同入射角的连续谱在不同的方向上形成不同波长的单色X射线，通过对高温等离子体辐射所产生的能谱进行分析，对于了解等离子体状态参数、分析强场激光作用下的物理过程具有重要意义。

晶体谱仪是基于X光在晶体表面形成布拉格衍射原理，利用晶体中的原子点阵进行光谱分析，其工作原理及光路图如附图1所示：靶点a处的X光，经狭缝板b照射到晶体c表面，形成布拉格衍射，在底片d上形成等间距的平行平面，晶体中的原子组成各种有规律排布的空间点阵，可分解为一些等间距的平行平面。若一束平行的相干光束沿着与晶面的夹角为θ的方向入射到晶面时，使得晶体原子内的电子受激振动而陈伟次级波的振源，向各个方向发出与入射波同频率的次级波，这就是相干散射过程。当某些同相散射波满足布拉格衍射条件nλ=2dsinθ（n为衍射级数n=1，2，3，...;2d为晶格常数；θ为X光入射角；λ为入射X光波长）时，散射波会就会构成强反射X光束，不同波长的光强反射角不同，这样就通过晶体分光的方法分辨入射X光光谱。

在高能量密度物理实验当中，如何诊断超强激光产生高温稠密的等离子体状态，是实验研究开展的重要基础。高温等离子体会发射X光谱，其中包含了大量的等离子体状态参数信息。利用晶体谱仪等元件对辐射源进行解谱分析，结合一定的理论模型，从而获得等离子体的信息，应用于各类高能密度物理实验研究。

传统的晶体谱仪即以单块大尺寸的平面晶体作为分光元件，其优点是结构设计简单，测量精度高，测谱应用范围宽（可从100eV到十几个keV）。但在使用中也会存在诸多限制。

衡量晶体谱仪性能的重要参数有能谱分辨率及摄谱范围，在传统的晶体谱仪中这两个参数均受到辐射源尺寸、晶体性能、探测器接收面到晶体以及晶体到辐射源的距离影响。对于同一种晶体来说，分光晶体的对应辐射源（假设为理想点源）所张立体角的大小决定了能谱测量范围，如果在实验中需要获得较大的测谱范围，必须将晶体谱仪靠近辐射源。但晶体与辐射源之间的距离减小，辐射源展宽带来的能谱展宽将导致能谱分辨率下降，高能杂散信号也会显著增强，并会占据靶机构周围较大的空间，不利于大型综合实验当中的光路设计排布。

除此，传统的晶体谱仪还存在以下不足：一方面整个设备大多采用机械连接，因而设备的光密性不好，影响X光谱的测量；另一方面，传统晶体谱仪通常采用针尖瞄准的方式，针尖的安装和取下费时，而且影响瞄准的精确性和稳定性。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种多波段晶体谱仪及其调节方法，本发明简化了晶体谱仪的调节步骤、保证了较高的精度，大幅拓宽了单次实验下的能谱测量范围。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种多波段晶体谱仪，它包括晶体分光系统、激光辅助瞄准系统和靶室悬臂调节系统；

所述晶体分光系统包括一个设有上底面的空心圆锥台外壳，所述上底面上设有狭缝板，在该狭缝板的中心处设有狭缝板通孔，在狭缝板上径向设有狭缝，狭缝的背面设有金属滤片，所述金属滤片将相对应的狭缝完全覆盖，在上底面上设有上底面通孔和上底面狭缝，所述上底面通孔与狭缝板通孔相通并同轴设置，所述上底面狭缝与狭缝相对应设置，

所述空心圆锥台外壳围成的腔体包括第一腔体和第二腔体，所述第一腔体的下底面和第二腔体的上底面之间设有凸块，所述凸块上设有遮光板，该遮光板与上底面狭缝相对应设置；

所述空心圆锥台外壳的侧壁上开设有暗盒座，所述暗盒座与遮光板相对应设置，并且暗盒座与第二腔体相通，在暗盒座的顶角均设有卡槽，所述暗盒座中卡设有暗盒，所述暗盒的腔体中依次铺设有滤片框、底片和垫片，所述滤片框上贴有暗盒滤片，暗盒滤片置于底片上，底片置于垫片上，暗盒上设有暗盒的光密封盖，在暗盒上设有暗盒滤片窗，所述暗盒滤片窗朝向第二腔体内部，所述暗盒滤片朝向第二腔体内部；