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上海EBIT光谱仪器的模拟及调试

作　者: 施展
导　师: Roger Hutton
学　校: 复旦大学
专　业: 原子与分子物理
关键词: 电子束离子阱(EBIT) 高电荷态离子超环面镜平焦场谱仪变栅距光栅离线校刻
分类号: O433.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

高电荷态离子是宇宙中物质存在的重要形式。高电荷态离子相关物理的研究促进了原子结构、多体相互作用、相对论效应、量子电动力学理论的研究,在天体和实验室高温等离子体的诊断和研究中有着重要应用价值。上海EBIT(电子束离子阱)是专门用于实验室环境下产生和研究高电荷态离子及其相关物理的实验装置。上海EBIT产生和束缚的高电荷态离子,在空间上被束缚为高约20毫米,直径约100微米的圆柱状等离子体,这使上海EBIT成为了光谱仪器的理想光源。理论上,上海EBIT可以产生和束缚从氢到铀的任意价态的离子,而这些离子产生的光谱覆盖了从可见光到X射线的全波段范围。因此上海EBIT实验室的光谱学仪器包括,Mcpherson NOVA 225型真空紫外单色仪(覆盖可见光到真空紫外),平焦场谱仪(覆盖1到20nmm),平面晶体谱仪(软X射线)以及高纯锗探测器(硬X射线)。围绕着完善上海EBIT光谱学实验平台、提高谱仪工作性能这一目标,本文展开的工作主要包括以下两个方面：一、使用光学模拟软件ZEMAX为上海EBIT设计了超环面镜配合Mcpherson NOVA 225型真空紫外单色仪工作,替代之前的球面镜,使该谱仪收集从上海EBIT光源发出的光的能力提高了至少5倍。二、对瑞典lund大学S. hudlt教授开发的光学模拟软件Bray进行了升级,使其能模拟变栅距光栅,并对平焦场谱仪进行了模拟。在模拟结果的指导下,使用Mcpherson 642型X射线源对平焦场谱仪进行了离线的校刻,实验结果同模拟结果一致。并针对平焦场谱仪,提出了一种比多项式拟合适用范围更广、更易于使用的校刻方法。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
第一章引言  7-10
  1.1 背景  7-8
  1.2 EBIT工作原理  8-9
  1.3 论文框架简介  9-10
第二章上海EBIT光谱学实验平台  10-19
  2.1 Mcpherson NOVA 225型真空紫外单色仪简介  10-12
  2.2 平焦场谱仪简介  12-19
    2.2.1 变栅距光栅  12-13
    2.2.2 从光程函数出发设计变栅距光栅的过程  13-16
    2.2.3 上海EBIT平焦场谱仪及控制系统简介  16-19
      2.2.3.1 谱仪系统的技术指标  16
      2.2.3.2 谱仪系统的设备构成  16-19
第三章光学模拟软件简介  19-21
  3.1 光学设计软件ZEMAX简介  19-20
  3.2 光学设计软件BRAY简介  20-21
第四章上海EBIT光谱仪器的模拟及调试  21-36
  4.1 Mcpherson NOVA 225型真空紫外单色仪的超环面镜设计  21-23
  4.2 平焦场谱仪的光学模拟  23-25
    4.2.1 变栅距光栅刻制参数的计算  23-24
    4.2.2 平焦场谱仪的光学模拟  24-25
  4.3 平焦场谱仪的离线校刻  25-33
    4.3.1 平焦场谱仪校刻Ⅰ  25-26
    4.3.2 平焦场谱仪校刻Ⅱ  26-30
    4.3.3 平焦场谱仪校刻Ⅲ  30-31
    4.3.4 平焦场谱仪校刻Ⅳ  31-33
  4.4 平焦场谱仪新的校刻方法  33-36
第五章论文小结  36-37
附录  37-53
  附录一上海EBIT球面镜图纸  37-38
  附录二上海EBIT超环面镜图纸  38-39
  附录三上海EBIT超环面镜研制与检测报告  39-45
  附录四 Bray程序输入文件详解  45-53
发表及投稿文章  53-54
参考文献  54-59
致谢  59-61

上海EBIT光谱仪器的模拟及调试

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