基于准随机统计效应的大工艺宽容度软X射线单级衍射光栅的研制与实验表征研究

A soft X-ray single order diffraction grating has lots of microstructures, the processing accuracy of which restricts the suppression of higher diffraction orders and quality assurance of batch processing. Based on above problems, this project proposes a design method of gratings to achieve the single order diffraction by optimizing the parameters of the distribution function, which includes the size and shape of distribution areas, the probability density distribution function and the two-dimensional lattice form of the microstructures. The suppression of the higher diffraction orders does not depend on the accuracy of the shapes and the sizes of the microstructures. The method can improve the tolerance and efficiency of the processing of the soft X-ray single-order diffraction gratings. It can be expected that the relative intensity of the higher diffraction orders will be less than that of the exsiting designs with one order of magnitude when using the new grating.

软X射线单极衍射光栅存在着大量的微小基元，其加工精度问题制约着高级衍射的抑制效果和批量化的加工品质保证。针对以上问题，本申请提出了一种利用特殊分布函数的统计效应来实现单级衍射的光栅设计方法，主要针对基元分布函数：包括分布区域大小、形状、基元在其中的概率密度分布、光栅二维点阵形式等多个参数进行优化，实现对高级衍射的有效抑制。抑制效果不依赖于具体的基元形状和精确尺寸，能够有效提升单级衍射光栅的加工效率和工艺宽容度；预期在实际应用中相比目前的单级衍射光栅，其高级衍射相对强度降低一个量级。

软X射线单级衍射光栅是一种能够有效抑制高级衍射的新型光栅。它采用各种按一定规律排布的基元替代传统光栅的沟、槽、缝等结构，在特定方向上能够形成近正弦函数的透(反)射率分布，从而抑制高级衍射。由于其版图的复杂性，其基元加工精度是影响衍射性能的重要因素。获得高级衍射相对强度低、工艺宽容度大的单级衍射光栅设计对推动其实用化具有重要的意义。. 基于国内高精度软X射线标定及光谱诊断的迫切需求，针对传统单级衍射光栅存在的上述问题，项目系统研究了单级衍射光栅原理，首次获得了准随机结构单级衍射光栅衍射本底强度及振荡水平与基元分布的参数关系。结合准随机及周期结构单级衍射光栅的设计，基于多参数优化算法，获得了大工艺宽容度的单级衍射光栅设计，解决了基元加工精度对高级衍射抑制能力的限制问题。在同步辐射装置上完成了实验验证, 结果表明：在测试的1-5级衍射角范围内，仅有1级衍射峰。.新型光栅在激光等离子体诊断上获得了应用，测量得到了无高级衍射干扰的金腔黑体辐射谱，反演得到了辐射温度，为解释离子束在烧蚀等离子体中的能损问题提供了重要的实验数据。项目为准随机结构衍射元件的衍射模式分析提供了理论方法，为大工艺宽容度单级衍射光栅及光谱仪系统的应用奠定了理论与技术基础。. 本项目发表SCI论文4篇，中文核心论文1篇，授权发明专利3项，形成总结报告1份，参加学术会议2次，完成了课题标的。