一种透射式自聚焦单级衍射光栅的利记博彩app
【技术领域】
[0001] 本发明涉及衍射光栅领域，具体涉及一种由一系列矩形孔和长矩形条挡光/透光 基元按照各自的分布规律随机排列而成的自聚焦单级衍射光栅。
【背景技术】
[0002] 普通光栅是常用的分光元件，被广泛应用于从可见光到软X射线波段的光谱测量 中。在光栅光谱仪中，普通光栅作为谱仪的核心分光元件，用于获取光谱；在单色仪系统中， 普通光栅作为单色器的核心器件，实现光束的单色化。然而，普通光栅由于结构简单，存在 一些固有的缺点。
[0003] 单一的普通光栅没有聚焦效应，将其应用于光谱测量时光谱的谱分辨率会受到很 大的限制。在实际的光谱测量当中，对于反射式的情况，为了提高探测面上光谱的谱分辨 率，要与球面镜、柱面镜或者超环面镜等聚焦器件联合使用，实现在探测面上的聚焦，但是 聚焦器件的引入，无疑增加了系统的复杂性；对于透射式的情况，由于软X射线波段无法添 加光学透镜来实现聚焦，一般添加入射狭缝，通过限制入射光斑的尺寸来限制衍射光斑的 大小，从而提高光谱测量系统的谱分辨率，但是狭缝的限制，会大大降低光谱信号的强度。
[0004] 能够同时达到分光和聚焦作用的自聚焦光栅能够很好的解决这一问题。变线距光 栅是最常用的自聚焦光栅，它集色散、自聚焦和消相差作用于一身，被广泛应用于同步辐射 光束线成像系统和平焦场光栅光谱仪中，且多用于真空紫外波段和X射线波段。但是，变 线距光栅一般用于反射式的工作方式，存在加工难度大、价格昂贵等缺点，限制了其应用范 围。
[0005] 由光栅方程可知，无论是普通光栅还是变线距光栅都具有多级衍射的特性，在实 际应用当中，往往只有某一级次的衍射是真正需要的，其余的高级衍射会对所测光谱造成 干扰，降低光谱质量。为了消除光栅的高级衍射，2007年曹磊峰研宄员提出了二值化正弦透 射光栅（BSTG)的概念，该光栅沿一维方向的透过率函数为余弦透过率函数，在衍射屏的对 称轴上只存在〇级和正负1级，能有效抑制高级衍射。随后，曹磊峰研宄员及其合作者先后 发明了多种单级衍射光栅：量子点阵光栅（QDADG)、"之"字型光栅（ZZTG)、准正弦单级衍射 光栅（QSTG)和谱学光子筛（SPS)。这些光栅都具有二值化的结构，沿光栅衍射方向的透过 率函数为余弦透过率函数，能实现至少沿一维方向的单级衍射。但是，与普通光栅一样，这 些单级衍射光栅都不具有聚焦特性。
[0006] 众所周知，菲涅耳波带片（FZP)是X射线波段常用的聚焦元件，在惯性约束聚变 (ICF)研宄方面有非常重要的应用。它由一系列黑白相间的同心圆环构成，每个同心圆环 带被称为半波带，且每个半波带的面积都相等。然而，FZP存在多焦点的问题，高次谐波的 次焦点会与基频光的主焦点重合，从而带来信号干扰。为了解决这一问题，人们寻找到了一 种理论上的解决办法一一Gabor波带片，其透过率呈严格的余弦分布，不易加工制作。1992 年，Beynon和KirK等人提出了二值化Gabor波带片的概念，这种波带片允许透过率函数 在炜度方向和径向同时存在变化，但是整体上要沿径向呈余弦分布，大大降低了加工难度。
[0007] 本发明结合一维二值化Gabor波带片的聚焦特性与QSTG单级衍射光栅的分光特 性，提出了一种具有自聚焦特性的单级衍射光栅。该光栅的衍射模式不同于普通光栅，存在 与光栅平面垂直的焦平面，能实现能谱的线性测量。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是提供一种透射式自聚焦单级衍射光栅，可以较好的抑制高级衍射 和多焦点现象的发生，本发明的衍射模式不同于普通光栅，存在一个与光栅平面垂直的焦 平面，在焦平面上能实现能谱的自聚焦分光，提高谱分辨率。
[0009] 本发明的透射式自聚焦单级衍射光栅的特点是:基本构成基元是一系列随机排布的 矩形孔和长矩形条，矩形孔和长矩形条具有相同的宽度，不同的长度；长矩形条的长度是矩形 孔长度的几十到上百倍;在垂直于光栅衍射方向，相邻矩形孔之间和相邻长矩形条之间紧密叠 放在一起;在沿着衍射方向，光栅周期为￡|，矩形孔基元的长度为矩形孔在每个光栅周期的
【主权项】
1. 一种透射式自聚焦单级衍射光栅，其特征在于：所述光栅的基本构成基元为一系 列随机排布的矩形孔和长矩形条，矩形孔和长矩形条具有相同的宽度，不同的长度；长矩 形条的长度是矩形孔长度的几十到上百倍；在垂直于光栅衍射方向，相邻矩形孔之间和相 邻长矩形条之间紧密叠放在一起；在沿着衍射方向，光栅周期为矩形孔基元的长度为
矩形孔在每个光栅周期的
范围内按余弦分布规律随机排布，透过率函数满足
，为光栅沿着衍射方向的坐标；在以P为自变量的坐标系中， 长矩形条处于周期为的周期结构中，彳的物理意义为对应波带片第一环带的半径；在 坐标系下，长矩形条的长度为^，长矩形条在每个周期的
范围内按照的余弦分布 规律随机排布，透过率函数满足
；在矩形孔和长矩形条分布的 重叠区域，满足两类基元二维透过率函数相乘，
2. 根据权利要求1所述的透射式自聚焦单级衍射光栅，其特征在于：所述的透射式自 聚焦单级衍射光栅的矩形孔和长矩形条的长度和宽度为亚微米量级、微米量级及以上。
3. 根据权利要求1所述的透射式自聚焦单级衍射光栅，其特征在于：所述的透射式自 聚焦单级衍射光栅的矩形孔和长矩形条为透明材料上的挡光基元或不透明材料上的透光 通孔。
4. 根据权利要求1所述的透射式自聚焦单级衍射光栅，其特征在于：在所述的透射式 自聚焦单级衍射光栅的透光区域设置用于自支撑的加强筋。
5. 根据权利要求1所述的透射式自聚焦单级衍射光栅，其特征在于：所述的透射式自 聚焦单级衍射光栅的相邻矩形孔之间和相邻长矩形条之间的宽度是变化的。
6. 根据权利要求1所述的透射式自聚焦单级衍射光栅，其特征在于：在垂直于光栅衍 射方向，所述的透射式自聚焦单级衍射光栅的相邻矩形孔之间和相邻长矩形条之间存在为 常数或不为常数的间距。
7. 根据权利要求1所述的透射式自聚焦单级衍射光栅，其特征在于：所述的透射式自 聚焦单级衍射光栅的矩形孔和长矩形条是透明表面上的由额外厚度引起位相差的透明矩 形孔和透明长矩形条。
【专利摘要】本发明提供一种透射式自聚焦单级衍射光栅，光栅中存在两类基元：矩形孔和长矩形条。两类基元具有相同的宽度，不同的长度。长矩形条的长度是矩形孔长度的几十到上百倍。在垂直于光栅衍射方向，相邻矩形孔之间和相邻长矩形条之间紧密叠放在一起；在沿着衍射方向，矩形孔和长矩形条分别按照各自的分布规律随机排布在光栅基底表面。在矩形孔和长矩形条排布的重叠区域，满足两者二维透过率函数相乘的关系。本发明只存在0级和正负1级衍射，能有效地消除高次谐波对光谱的影响；且存在一个与光栅平面垂直的焦平面，用于聚焦不同能量的光子。本发明集分光、聚焦和高次谐波抑制等特点于一身，且具有与普通光栅不同的衍射模式，是一种复合光学元件。
【IPC分类】G02B5-18
【公开号】CN104777540
【申请号】CN201510193509
【发明人】曹磊峰, 范全平, 刘钰薇, 杨祖华, 魏来, 张强强, 陈勇, 钱凤, 晏卓阳
【申请人】中国工程物理研究院激光聚变研究中心
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月23日