一種新型單級(jí)衍射光柵及其衍射效率研究.pdf

1、激光驅(qū)動(dòng)慣性約束聚變是解決人類能源危機(jī)的最具有希望的手段之一。在激光慣性約束聚變中，超短、超強(qiáng)激光與靶物質(zhì)相互作用會(huì)產(chǎn)生高溫高密度等離子體，而高溫高密度的等離子體又會(huì)發(fā)射有能級(jí)特征的X射線輻射。測(cè)量等離子體發(fā)射的X射線線譜可以得到等離子體不同區(qū)域的密度、溫度和不透明度等信息，是激光聚變研究的至關(guān)重要的手段之一。
　　在X射線譜測(cè)量中，透射光柵譜儀是一種重要的診斷設(shè)備。透射光柵譜儀的核心元器件——傳統(tǒng)的黑白光柵是由平行柵條組成的，其

2、透過(guò)率函數(shù)是方波函數(shù)，這導(dǎo)致黑白光柵具有多級(jí)衍射的特性。用黑白光柵測(cè)量X射線譜時(shí)，不同級(jí)次的光會(huì)相互疊加在一起，因而測(cè)量得到的光譜存在諧波污染。而常用的濾片法和解譜方法均不能達(dá)到理想的效果，因此嚴(yán)重制約了測(cè)譜的精度。研究和改善衍射光柵的高級(jí)衍射問(wèn)題，對(duì)于X射線的精密測(cè)量十分重要。在可見(jiàn)光波段，正弦光柵可以用來(lái)消除高級(jí)衍射。不過(guò)在X光波段，由于X光的強(qiáng)穿透性，使用正弦光柵時(shí)會(huì)帶來(lái)相位問(wèn)題從而失去對(duì)高級(jí)衍射的抑制作用。
　　為了抑制高

3、次諧波、解決諧波污染問(wèn)題，中國(guó)工程物理研究院激光聚變研究中心的曹磊峰研究員提出了二值化正弦光柵的概念。本文基于這一理論提出了一種新型的單級(jí)衍射光柵，其對(duì)高級(jí)衍射具有良好的抑制效果，有望用于X射線的診斷中。
　　本文首先回顧了衍射理論的發(fā)展，詳細(xì)地解釋了惠更斯—菲涅爾原理，介紹了基爾霍夫衍射公式、菲涅爾衍射公式、弗朗禾費(fèi)衍射公式、瑞利—索末菲衍射理論、角譜衍射理論等常用的衍射理論。
　　其次簡(jiǎn)單介紹了幾種單級(jí)衍射光柵，包括很早

4、就提出的正弦光柵、以及研究者新近提出的量子點(diǎn)陣光柵（QDADG）、準(zhǔn)正弦單級(jí)衍射光柵(QSTG)、之字形光柵、譜學(xué)光子篩(SPS)、準(zhǔn)隨機(jī)半徑圓孔陣列譜學(xué)光子篩（QRSPS）等。這些光柵能夠有效抑制高級(jí)衍射，解決諧波污染問(wèn)題，有望用于X射線光譜的測(cè)量中。不過(guò)這些單級(jí)衍射光柵都是通過(guò)大量微小或者復(fù)雜的結(jié)構(gòu)組成光柵，從而調(diào)整光柵的透過(guò)率函數(shù)使其滿足類正弦分布。因而單級(jí)衍射光柵結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在將其制作成適用于X射線波段的高線密度光柵時(shí)對(duì)加工工藝要