真空紫外-软X射线波段(5~105nm)探测器校准装置的研制

    1　前　言

    近年来,随着高科学技术和边缘学科的快速发展,真空紫外-软X射线在光学、材料、生物、空间技术等领域越来越显示出巨大的应用前景,因此就迫切需要这一波段的量化数据。同步辐射光源的发展为开展这一波段的计量研究工作提供了条件。

    真空紫外-软X射线绝对光强测量的关键在于需要有一个标准探测器,目前国际上用于这一波段作为标准探测器的有稀有气体电离室和低温辐射计。低温辐射计是目前光辐射测量精确度最高的,但是技术复杂、造价昂贵;而气体电离室的原理和结构都比较简单,便于设计和对测量结果进行修正,美国NIST利用气体电离室建立了真空紫外-软X射线波段的国家探测器标准,因此稀有气体电离室是目前成熟的软X射线绝对光强测量的标准探测器。

    中国计量科学研究院(NIM)与中国科学技术大学合肥国家同步辐射实验室(NSRL)以及中国科学院北京高能物理研究所等单位联合在NSRL储存环装置上建造了一套以稀有气体电离室为绝对探测器的探测器校准装置,并利用它进行了同步辐射绝对光强的测量和硅光电二极管量子效率测量研究,取得了预期的结果。该装置的建立,将我国光辐射计量中探测器响应度测量的研究扩展到了真空紫外-软X射线波段,并为今后建立这一波段探测器计量标准奠定了基础。

    2　校准装置组成

    真空紫外-软X射线波段(5~105 nm)探测器校准装置建立在NSRL的计量光束线上,该计量光束线是由储存环B12转弯磁铁处引出的,不用任何分束镜,自然分成两束,在其中另一条光束线上建有标准光源实验站。在稀有气体电离室的前面还建有一套反射率计,可进行材料反射率测量研究。该校准装置的空间示意图见图1。

    2.1　光学系统

    光学系统由椭球面前置镜和超环面光栅单色仪(TGM)组成,椭球镜距离光源点12 m,水平接收角1mrad,垂直接收角1 mrad。椭球镜基底为Al,表面镀Ni。光学系统的主体是单色仪,根据实验要求该系统覆盖5~110 nm的波段范围,采用了3块光栅来覆盖该波段。TGM所用的3块光栅选用法国JobinYvon公司的超环面光栅,光栅为镀金表面由粒子束刻蚀成的,入射臂长1000 mm,出射臂长1415 mm。表1列出了光学系统所用元件的参数。

    在整个工作光谱范围内要求波长分辨力优于150,波长重复性0.1 nm,光通量大于108光子/s。在这个波长范围,掠入射光束线利用电离室进行波长标定。电离室在不同波长测试范围采用不同充入气体,有Ar、Kr、Xe等气体。根据不同气体不同的电离谱对单色仪进行测试和标定。图2(a)、(b)、(c)分别为3块光栅光谱标定图。入缝宽度和出缝宽度均为0.2 nm。