發(fā)布時(shí)間：2017-09-02 14:38

  本文關(guān)鍵詞：軟X射線并聯(lián)平場(chǎng)光柵的設(shè)計(jì)和制作

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【摘要】：平場(chǎng)光柵是掠入射平場(chǎng)譜儀中的核心光學(xué)元件,具有像差校正、高分辨和平焦場(chǎng)的優(yōu)點(diǎn),易與平面探測(cè)器件耦合。得益于近幾年平面探測(cè)器件的快速發(fā)展,掠入射平場(chǎng)光柵光譜儀已廣泛地應(yīng)用于軟X射線波段等離子診斷中。然而平場(chǎng)光柵的工作波段有限。為了拓寬平場(chǎng)光柵的工作波段,我們提出了一種并聯(lián)平場(chǎng)光柵的概念,即將兩塊工作參數(shù)相同、工作波段不同的平場(chǎng)光柵制作在同一基底上。兩子光柵(G1和G2)的工作波段分別為2～5nm和5～25nm。并聯(lián)平場(chǎng)光柵可以利用同一狹縫,同一探測(cè)器,同時(shí)記錄下瞬時(shí)的等離子體信息,因此并聯(lián)平場(chǎng)光柵的工作波段為兩組子光柵工作波段的疊加(2～25nm)。 本論文的目的是設(shè)計(jì)和制作并聯(lián)平場(chǎng)光柵,論文的主要內(nèi)容包括： 1.并聯(lián)平場(chǎng)光柵的參數(shù)設(shè)計(jì)。基于光程函數(shù)理論,利用遺傳算法,優(yōu)化設(shè)計(jì)了并聯(lián)平場(chǎng)光柵的參數(shù)。優(yōu)化后的光柵入射角度為88°,基底曲率半徑為9245mm。在整個(gè)工作波段內(nèi)校正了像差,得到了光柵線密度變化系數(shù)。基于嚴(yán)格耦合波理論,優(yōu)化了并聯(lián)平場(chǎng)光柵的槽型參數(shù),計(jì)算了光柵的衍射效率,并將并聯(lián)平場(chǎng)光柵的衍射效率和標(biāo)準(zhǔn)平場(chǎng)光柵的衍射效率進(jìn)行了對(duì)比。 2.并聯(lián)平場(chǎng)光柵記錄光路的參數(shù)優(yōu)化�；赥. Namioka的非球面波曝光理論,選擇遺傳算法為優(yōu)化算法,優(yōu)化并確定了記錄光路的參數(shù),分析了記錄光路優(yōu)化后的光柵線密度與理論設(shè)計(jì)的光柵線密度的偏差,G1的線密度偏差在±0.4線/mm以內(nèi),G2的線密度偏差在士1線/mm以內(nèi),滿足設(shè)計(jì)要求。對(duì)記錄光路中各個(gè)參數(shù)誤差對(duì)線密度的影響進(jìn)行了詳細(xì)地分析,確定了敏感參數(shù),為實(shí)際記錄光路的搭建提供了理論指導(dǎo)。基于光線追跡理論,計(jì)算了并聯(lián)平場(chǎng)光柵的理論分辨能力,并將其與標(biāo)準(zhǔn)平場(chǎng)光柵的分辨能力做了對(duì)比。結(jié)果顯示,者的分辨能力相當(dāng)。 3.并聯(lián)平場(chǎng)光柵的制作。闡述了其制作工藝以及用到的儀器設(shè)備,詳細(xì)介紹了并聯(lián)平場(chǎng)光柵記錄光路的搭建過(guò)程并分析了搭建過(guò)程中誤差對(duì)線密度的影響,結(jié)果證明光路搭建過(guò)程中的精度滿足制作并聯(lián)平場(chǎng)光柵的要求。由于并聯(lián)平場(chǎng)光柵包含兩個(gè)子光柵,因此兩子光柵的對(duì)準(zhǔn)精度將直接影響并聯(lián)平場(chǎng)光柵的分辨能力,給出了理論的對(duì)準(zhǔn)誤差范圍(0.366°),介紹了實(shí)際過(guò)程中兩組子光柵的對(duì)準(zhǔn),詳細(xì)分析了對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中各誤差的情況,結(jié)果表明實(shí)際的對(duì)準(zhǔn)誤差0.234°,滿足設(shè)計(jì)要求。針對(duì)實(shí)際制作中遇到的問(wèn)題,給出了具體的解決方法,詳細(xì)研究了制作過(guò)程中關(guān)鍵的工藝參數(shù),并給出了各工藝參數(shù)以及該工藝中的槽型參數(shù),其結(jié)果符合設(shè)計(jì)的槽型參數(shù)范圍。 4.并聯(lián)平場(chǎng)光柵線密度的測(cè)量。分別采用了衍射自準(zhǔn)直和雙波長(zhǎng)衍射法測(cè)量了光柵的線密度,給出了詳細(xì)的測(cè)量系統(tǒng)和過(guò)程,分析了測(cè)量誤差。測(cè)量結(jié)果顯示,制作的并聯(lián)平場(chǎng)光柵的線密度與理論設(shè)計(jì)的線密度偏差均不超過(guò)士0.5%,符合設(shè)計(jì)要求。 研制結(jié)果表明,并聯(lián)平場(chǎng)光柵既拓寬了平場(chǎng)光柵的工作波段,又保證了其分辨能力。裝備有并聯(lián)平場(chǎng)光柵的光譜儀將更適于記錄寬波段的等離子體信息。
【關(guān)鍵詞】：衍射光柵 平場(chǎng)光柵 并聯(lián)光柵 軟X射線 光柵設(shè)計(jì) 光柵制作 對(duì)準(zhǔn) 線密度
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH74
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目錄9-13
• 第一章 緒論13-27
• 1.1 引言13
• 1.2 軟X射線平場(chǎng)光柵13-18
• 1.2.1 工作原理14-15
• 1.2.2 特點(diǎn)15
• 1.2.3 制作方法簡(jiǎn)介15-16
• 1.2.4 主要應(yīng)用16-18
• 1.3 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀18-23
• 1.3.1 國(guó)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)18-21
• 1.3.2 國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀21-23
• 1.4 軟X射線并聯(lián)平場(chǎng)光柵23-25
• 1.4.1 軟X射線平場(chǎng)光柵的局限23-24
• 1.4.2 軟X射線并聯(lián)平場(chǎng)光柵的概念24-25
• 1.5 選題意義和內(nèi)容安排25-27
• 第二章 并聯(lián)平場(chǎng)光柵的參數(shù)優(yōu)化27-45
• 2.1 引言27
• 2.2 并聯(lián)平場(chǎng)光柵譜儀結(jié)構(gòu)的確定27-30
• 2.3 并聯(lián)平場(chǎng)光柵線密度參數(shù)的優(yōu)化30-38
• 2.3.1 平場(chǎng)光柵的成像特性30-33
• 2.3.2 平場(chǎng)光柵線密度參數(shù)的優(yōu)化算法——遺傳算法33-35
• 2.3.3 并聯(lián)平場(chǎng)光柵線密度參數(shù)的優(yōu)化35-37
• 2.3.4 并聯(lián)平場(chǎng)光柵的線密度37-38
• 2.4 并聯(lián)平場(chǎng)光柵槽型參數(shù)的優(yōu)化38-43
• 2.4.1 與文獻(xiàn)中平場(chǎng)光柵衍射效率計(jì)算結(jié)果對(duì)比38-39
• 2.4.2 并聯(lián)平場(chǎng)光柵槽型參數(shù)的優(yōu)化39-40
• 2.4.3 并聯(lián)平場(chǎng)光柵衍射效率的計(jì)算40-42
• 2.4.4 并聯(lián)平場(chǎng)光柵與標(biāo)準(zhǔn)平場(chǎng)光柵衍射效率的對(duì)比42-43
• 2.5 并聯(lián)平場(chǎng)光柵參數(shù)的優(yōu)化結(jié)果43-44
• 2.6 本章小結(jié)44-45
• 第三章 并聯(lián)平場(chǎng)光柵記錄光路的優(yōu)化45-71
• 3.1 引言45
• 3.2 并聯(lián)平場(chǎng)光柵的記錄光路理論45-54
• 3.2.1 凹面光柵的全息記錄光路45-47
• 3.2.2 平場(chǎng)光柵的全息記錄光路理論47-54
• 3.3 并聯(lián)平場(chǎng)光柵的記錄光路參數(shù)的優(yōu)化54-62
• 3.3.1 需要優(yōu)化的記錄光路參數(shù)54-56
• 3.3.2 目標(biāo)函數(shù)56-57
• 3.3.3 記錄光路的優(yōu)化結(jié)果57-58
• 3.3.4 記錄光路優(yōu)化結(jié)果的評(píng)價(jià)58-60
• 3.3.5 各參數(shù)誤差對(duì)線密度的影響60-62
• 3.4 并聯(lián)平場(chǎng)光柵的理論分辨能力62-69
• 3.4.1 光線追跡理論62-66
• 3.4.2 并聯(lián)平場(chǎng)光柵的理論分辨能力66-69
• 3.5 本章小結(jié)69-71
• 第四章 并聯(lián)平場(chǎng)光柵的制作71-99
• 4.1 引言71
• 4.2 并聯(lián)平場(chǎng)光柵的制作工藝71-73
• 4.3 并聯(lián)平場(chǎng)光柵記錄光路的搭建73-82
• 4.3.1 等光程補(bǔ)償75
• 4.3.2 記錄光路中主要部件介紹75-80
• 4.3.3 記錄光路搭建過(guò)程80-81
• 4.3.4 記錄光路搭建過(guò)程中的誤差分析81-82
• 4.4 并聯(lián)平場(chǎng)光柵中兩組子光柵的對(duì)準(zhǔn)82-89
• 4.4.1 理論對(duì)準(zhǔn)誤差82-85
• 4.4.2 兩組子光柵的對(duì)準(zhǔn)方法85-87
• 4.4.3 兩組子光柵的對(duì)準(zhǔn)誤差的分析87-89
• 4.5 并聯(lián)平場(chǎng)光柵制作中遇到的問(wèn)題及關(guān)鍵工藝參數(shù)的確定89-97
• 4.5.1 并聯(lián)平場(chǎng)光柵制作中遇到的問(wèn)題及解決方法89-92
• 4.5.2 并聯(lián)平場(chǎng)光柵制作中關(guān)鍵工藝參數(shù)的確定92-97
• 4.6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果97-98
• 4.7 本章小結(jié)98-99
• 第五章 平場(chǎng)光柵的線密度測(cè)量99-123
• 5.1 引言99
• 5.2 常用的線密度測(cè)量方法99-104
• 5.2.1 原子力顯微鏡測(cè)量法99
• 5.2.2 激光干涉儀測(cè)量法99-100
• 5.2.3 莫爾條紋測(cè)量法100-101
• 5.2.4 LTP測(cè)量法101-102
• 5.2.5 衍射自準(zhǔn)直測(cè)量法102-103
• 5.2.6 雙波長(zhǎng)衍射測(cè)量法103-104
• 5.3 衍射自準(zhǔn)直方法測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量結(jié)果104-115
• 5.3.1 主要部件介紹105-107
• 5.3.2 實(shí)際測(cè)量過(guò)程107-108
• 5.3.3 測(cè)量誤差分析108-112
• 5.3.4 測(cè)量結(jié)果112-115
• 5.4 雙波長(zhǎng)衍射法測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量結(jié)果115-121
• 5.4.1 主要部件介紹115-117
• 5.4.2 實(shí)際測(cè)量過(guò)程117-118
• 5.4.3 測(cè)量誤差分析118
• 5.4.4 測(cè)量結(jié)果118-121
• 5.5 本章小結(jié)121-123
• 第六章 總結(jié)與展望123-127
• 6.1 論文的工作總結(jié)123-125
• 6.2 論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)125
• 6.3 工作展望125-127
• 參考文獻(xiàn)127-137
• 作者攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文與其他成果137-139
• 致謝139-140

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：779179