Seya-Namioka类型真空紫外光谱系统的研制和性能测试

作     者：沈永才 钮雨凡 孔德峰 叶扬 张寿彪 李大创 谭名昇 黄艳清 赵志豪 訾鹏飞 张小辉 文斐 SHEN Yong-cai;NIU Yu-fan;KONG De-feng;YE Yang;ZHANG Shou-biao;LI Da-chuang;TAN Ming-sheng;HUANG Yan-qing;ZHAO Zhi-hao;ZI Peng-fei;ZHANG Xiao-hui;WEN Fei

作者机构：合肥师范学院物理与材料工程学院安徽合肥230601 合肥综合性国家科学中心能源研究院(安徽省能源实验室)安徽合肥230031 中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所安徽合肥230031 衡阳师范学院物理与电子工程学院湖南衡阳421008 合肥工业大学计算机与信息学院安徽合肥230009 

基　　金：国家自然科学基金项目(12205072) 安徽高校协同创新项目(GXXT-2021-029,GXXT-2021-014) 合肥综合性国家科学中心能源研究院项目(19KZS205,21KZS202) 合肥师范学院2022年度引进高层次人才科研启动基金项目(2022rcjj07) 合肥师范学院横向课题(HXXM2022019,HXXM2022051)资助 

出 版 物：《光谱学与光谱分析》 (Spectroscopy and Spectral Analysis)

年 卷 期：2024年第44卷第8期

页      码：2158-2165页

摘      要：为了满足磁约束核聚变领域的杂质测量要求,研制了一套Seya Namioka真空紫外光谱仪。该光谱仪的主要部件是可调宽度的入射狭缝、凹面光栅和探测器。光谱仪的光通量通过可调节宽度的入射狭缝来调节,入射狭缝宽度可以在10~1000μm范围内调节。分光元件选用线密度为1200 lines·mm^(-1)的凹面全息光栅。光栅表面涂有铝(Al)和氟化镁(MgF2),以提高衍射效率。光栅的可使用波段为50~460 nm,针对其中的50~250 nm波段进行光路优化设计。选用深度制冷背照式电荷耦合器件(CCD)作为光谱仪的探测器。通过转动光栅转台旋转光栅来改变衍射角,实现50~250 nm范围内的光谱观测。基于凹面光栅的参数,确定了具体光路,并分析了波长随光栅旋转角度的变化关系及不同波长处的线色散率。基于凹面光栅成像理论,对系统的光谱分辨率进行了计算分析。通过分析不同出射臂下的光谱分辨率,确定最优出射臂为205 mm。在出射臂为205 mm、入射狭缝为20μm的情况下,分析了入射狭缝宽度、像素大小、像差和衍射极限对光谱分辨率影响。结果表明:衍射极限对光谱分辨率的影响最小,基本上可以忽略不计,出射狭缝的宽度对光谱分辨率有较大贡献,大约为0.09~0.10 nm,且在50~250 nm波长范围内缓慢增加。分析了不同入射狭缝宽度(10~80μm)下光谱分辨率,光谱分辨率随狭缝宽度呈递增趋势,变化范围为0.10~0.32 nm,当狭缝宽度达到80μm时,光谱分辨率已经变的较差,不利于高分辨线辐射光谱测量。在实际测量中,应该综合考虑光通量和光谱分辨率需求。采用低压汞灯和微波等离子体光源进行波长校准和性能测试。基于零阶光谱和汞灯的特征光谱HgⅠ(185 nm)对光谱仪进行了波长标定。通过HgⅠ(185 nm)谱线的高斯拟合分析,得到仪器在185 nm处的光谱分辨率为0.1243 nm,与理论计算值接近。通过实验与理论计算对比不同出射臂下的HgⅠ(185 nm)光谱分辨率,验证了仪器在出射臂为205 mm处获得最佳光谱分辨能力。利用微波等离子体放电光源装置对光谱仪进行了进一步的性能测试,基于光源发射的氮、氧和氦线的测量,验证了光谱仪在50~250 nm波长范围内具有良好的探测能力。

主 题 词：真空紫外光谱仪 凹面全息光栅 光谱分辨率 波长标定 

学科分类：07[理学] 070302[070302] 0703[理学-化学类] 

核心收录：

D　O　I：10.3964/j.issn.1000-0593(2024)08-2158-08

馆 藏 号：203131405...