[发明专利]一种软X射线双频光栅剪切干涉系统

说明书

技术领域

本发明涉及剪切干涉系统的技术领域，特别涉及一种软X射线双频光栅剪切干涉系统，该系统是一种工作于短波段(软X射线波段)的剪切干涉仪系统，该系统利用软X射线对等离子体进行密度诊断，其利用经过等离子体后的X射线波面的剪切干涉图，得到等离子体的密度等信息。

背景技术

现有技术1(参见文献：Jorge Filevich，Jorge J.Rocca，Mario C.Marconi，et al.“picosecond-resolution soft-x-ray laser plasma interferometry”.Applied Optics，Vol.43，3938-3946，2004)采用马赫-曾德尔(M-Z)干涉系统进行等离子体诊断。该方法的工作原理简单，结果处理也比较方便。在干涉法诊断中，探针激光经光栅分束后，一束作为物光，穿过待测等离子体后，与作为参考光的另一束激光干涉形成干涉条纹，由于物光受到待测等离子体的扰动，光程发生变化，引起干涉条纹的移动，根据条纹的移动数，计算光程的改变，进而根据公式可以得到等离子体电子密度的分布。该方法的缺点是：1、利用光栅进行分束合束元件，物光和参考光经过不同路径，光路调节困难，由于X射线的相干长度只有200μm，等光程调节困难；2、光路中元器件较多，较为复杂，元器件的面型对干涉条纹带来干扰。

现有技术2，3(参见文献：J.C.Wyant.“double Frequency Grating Lateral shear interferometer”Applied Optics，Vol12，2057-2060，1973以及参见文献：明海等，“双频光栅纹影剪切干涉法对温度场的诊断”，光学学报，14(2)，214-218，1994)中采用双频光栅作为剪切光学元件，设计剪切干涉系统，在可见光波段测试透射物体的面型变化等。该方法的特点是：首先，工作波段是可见光波段，直接利用双频光栅的两组-1级干涉级次形成剪切干涉条纹，利用公式计算被测光学元件的特性；其次：该系统是采用透射式衍射进行剪切干涉测量；最后，该系统存在较大的变形，由于采用光栅的衍射光进行剪切干涉，光斑变形较大，无法对被测元件清晰成像，因此被测光学元件的边界不能准确定位。

现有技术4(参见文献：J.C.Wyant.“White Light Extended Source Shearing Interferometer”.Applied Optics，Vol.13，200-202，1974.)中给出的剪切干涉仪中，提到干涉系统中的衍射像差问题，首先文献中提到当对像差要求较高时，采用第二块光栅消除，但是当对被测物的边界定位要求较高时，该系统的像差仍然偏大。其次，该系统中提到再次采用光栅的方法，在X射线波段效率偏低，再次加入光栅作为光学元件，会造成光强太弱，成像系统无法识别剪切图像。

目前采用M-Z干涉系统进行等离子体密度的诊断，其数据处理简单，但由于软X射线相干长度短，系统等光程的调节困难。本发明为了简化等离子体测试系统，提出采用剪切干涉系统对等离子进行诊断测试，该系统中采用了X射线双频光栅，同时能够对被测靶形成清晰的边界。目前还未见采用该方法的系统。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前剪切干涉系统不能运用于短波段(尤其是软X射线波段)进行等离子体诊断的问题。该系统采用了软X射线双频光栅作为剪切干涉元件，运用双频光栅的两束夹角很小-1级衍射光，进行剪切干涉，对被测等离子密度分布测试。同时采用两个成像镜的系统结构设计消除了衍射元件带来的像差问题，解决了被测等离子体的边界模糊问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种软X射线双频光栅剪切干涉系统，其特征在于：包括第一块球面成像镜、软X射线双频光栅、第二块球面成像镜，X射线CCD相机和计算机处理系统，其位置关系如下：

第一块球面成像镜与被测靶面的距离等于第一块球面成像镜的焦距，入射光与第一块球面成像镜的角度为1.5～3.5°，入射光经过被测等离子体；所述的软X射线双频光栅与第一块球面成像镜之间的距离不限制，探针X射线在光栅表面的入射角度为82～84°之间；入射光经过软X射线双频光栅衍射后，其-1级光有两束，二者之间的夹角由软X射线双频光栅的频率、入射光的角度决定；两组-1级衍射光被第二块球面成像镜反射后，入射到X射线CCD相机6上，第二块球面成像镜与X射线CCD相机之间的距离等于第二块球面成像镜的焦距；X射线CCD相机的输出端与所述计算机处理系统的输入端相连。