CN108663702B - X射线相干测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种X射线相干测量装置包括：X射线分光单元；X射线合束单元；以及X射线延时扫描单元，设于X射线分光单元和X射线合束单元之间，包括相对于中轴线彼此对称设置的第一对传输反射镜以及相对于中轴线彼此对称设置的第二对传输反射镜；第一对传输反射镜分别固定在两个滑轨上；两个滑轨的滑轨方向近似垂直于中轴线；第二对传输反射镜一起固定在一维平移台上；一维平移台的平移方向平行于中轴线。本发明还提供了该X射线相干测量装置的两种测量方法。本发明的X射线相干测量装置适用波段从极紫外XUV、软X射线至硬X射线，可在时域里直接测量软X射线自由电子激光、硬X射线自由电子激光以及强场激光诱导的阿秒脉冲的时间相干长度。

Description

X射线相干测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及X射线光学、相干光学及超快光学等领域，尤其涉及一种测量X射线脉冲的时间相干性及相干度的装置及方法。

背景技术

X射线自19世纪末被德国科学家伦琴发现以后，广泛用于科学研究以及社会各通用技术领域，发挥着极其重要的作用。X射线是一种短波长的不可见光源，从经典物理学的角度，它的波长(<<10nm)要远小于可见光波长(400-700nm)。从X射线诞生之初，X射线光源技术取得了飞速发展，其辐射波长越来越短，光源亮度也越来越高。特别是同步辐射光源以及波荡器技术的日益成熟，使X射线同步辐射光源成为了极为重要的科研辅助手段，在探索人类未知世界中发挥了巨大的作用，同时也推动了X射线实验及工程技术的发展。许多依赖X射线光源的现代科学研究，如生物大分子成像，高温超导材料的能谱分析，气体分子或是材料中单原子的双光子及多光子过程，高能量密度物理，等离子体非平衡态的非弹性散射等对光源亮度和品质提出了更高的要求，由此催生并推动了***光源-自由电子激光(FEL)的发展。它与第三代及以前光源的最根本区别是：不仅其辐射峰值亮度提高了数个量级，而且具有了更好的相干特性。

根据自由电子激光的发光机理，分为自发放大模式(即SASE)和采用外种子激光调制的高增益模式(譬如HGHG)。SASE辐射脉冲是一种部分相干光源，其相干长度与辐射波长密切相关，XUV到软X射线波段(如100-200eV的软X射线)，其相干长度为1-5飞秒；而硬X射线(如光子能量≥6keV)，其相干长度只有100-400阿秒。外种子调制的FEL(如HGHG模式)相较于SASE模式的最大不同是，其辐射光谱几乎不含毛刺而呈单一的高斯分布状，具有很窄的带宽，接近于其辐射功率谱的傅里叶变换极限。所以HGHG的辐射脉冲非常接近全相干，其相干长度要比SASE脉冲的相干长度长很多，可以达到几十到几百飞秒量级，而全相干辐射脉冲的相干时间长度即是其脉冲长度。对于全相干的长脉冲，延时扫描范围更广，所以要求X射线测量装置具有更加优良的机械准直度和重复稳定性。

除了自由电子激光模式的超快X射线光源外，还有另一种典型的超快XUV光源(或X射线)产生模式。这种模式采用强场激光激发气体分子(或固体)中的非线性过程而产生相干辐射脉冲，其脉冲长度为飞秒以下，一般只有<300as，远小于激光光场的半周期(在时域里对应于亚飞秒尺度，也就是几十到数百的阿秒)。世界上目前测得的最短阿秒脉冲只有约60as。

目前，直接测量X射线波段亚飞秒量级的时间精度依然是世界性难题，一些技术和方案仍在探索和研发之中。一般采用红外光能量-相位调制作用于X射线激发的光电子(即Streaking过程)，通过时间分辨的光电子能谱来反演X射线脉冲的信息，这是一种间接的时间相干性测量方案。目前一些X射线相干测量技术比如杨氏双缝实验，光栅自成像技术等主要用于空间(或波前)相干性测量^[1-3]，不能测量X射线的时间相干性及相位信息。在2013年，X射线时间相干测量技术就被报告过，但当时该技术主要应用于EUV-软X射线波段^[4]。

随着X射线自由电子激光技术的发展和硬X射线自由电子激光(FEL)的出光，对于硬X射线的时间相干性测量和研究变得越发重要和迫切，但目前并没有成熟可靠的光学方法可以直接测量X射线的时间相干性，特别是在时域中直接测量飞秒、阿秒量级的超短X射线辐射脉冲的时间长度以及相位信息基本上不可能。

其中，参考文献如下：

[1]“用羽毛检测X射线源相干性的方法”，高鸿奕、陈建文、干慧青、李儒新、朱化凤、***，中国国家专利，公布号CN100464181C，2009年2月。

[2]“第三代同步辐射光源X射线相干性测量研究”，戚俊成、叶琳琳、陈荣昌、谢红兰、任玉琦、杜国浩、邓彪、肖体乔，物理学报，vol.63,pp.104202(2014)。

[3]“Characterizing transverse coherence of an ultra-intense focusedX-ray free-electron laser by an extended Young’s experiment”，Ichiro Inoue、Kensuke Tono、Yasumasa Joti、Takashi Kameshima、Kanade Ogawa、Yuya Shinohara、Yoshiyuki Amemiyaa and Makina Yabashib，IUCrJ，vol.2,pp.620(2015).

[4]“超快X射线光源的相干性及测量技术”，李宾，全国第三届原子分子光物理青年科学家论坛(中国上海)，邀请报告，2013年10月。

发明内容

本发明旨在提供一种X射线相干测量装置及测量方法，以实现覆盖波长范围广、时间测量精度高的X射线脉冲时间长度及相位信息测量。

为了实现上述目的，本发明提供了一种X射线相干测量装置，位于一光学平台上，其特征在于，包括：X射线分光单元，用于接收X射线脉冲，其具有分束点；和X射线合束单元，用于产生X射线干涉信号，其具有与分束点相对于一中轴线共轭的合束点；以及X射线延时扫描单元，设于X射线分光单元和X射线合束单元之间，包括延时精调传输单元和延时粗调传输单元；所述延时精调传输单元包括相对于中轴线彼此对称设置的第一传输反射镜和第二传输反射镜；所述第一传输反射镜和第二传输反射镜分别固定在两个滑轨的滑动端上；所述两个滑轨的固定端固定在光学平台上，它们的滑轨方向基本垂直于所述中轴线；所述延时粗调传输单元包括相对于中轴线彼此对称设置的第三传输反射镜和第四传输反射镜；所述第三传输反射镜和所述第四传输反射镜一起固定在一一维平移台上；所述一维平移台安装在光学平台上，其平移方向平行于所述中轴线。

所述X射线分光单元包括第一分光反射镜和第二分光反射镜；所述分束点为第二分光反射镜的边缘。

所述X射线合束单元包括第一合束反射镜和第二合束反射镜；所述合束点为第一合束反射镜的边缘。

所述第一分束反射镜和第二合束反射镜的镜面平行设置；所述第二分束反射镜和第一合束反射镜的镜面平行设置。

所述两个滑轨的滑轨方向与所述中轴线的夹角为90°-θ，其中θ为X射线通过X射线分光单元后的偏置角，θ至多为10°。

所述一维平移台的机械精度≤100nm，扫描范围大于20mm。

所述传输反射镜均通过二维或三维电动镜架来固定。

所述X射线脉冲处于XUV至软X射线波段时，所述反射镜均采用C和Ni双层镀膜；所述X射线脉冲处于硬X射线波段时，所述反射镜均采用钨/碳化硼双镀层多层膜。

进一步地，本发明提供一种X射线相干测量装置的延时粗调相干测量方法，其特征在于，包括：步骤S1：在一光学平台上搭建所述的X射线相干测量装置，用该X射线相干测量装置接收X射线脉冲，并产生X射线干涉信号；步骤S2：连续调节步骤S1所述的X射线相干测量装置的一维平移台在Y轴方向上的位置，记录所述的X射线干涉信号从干涉条纹的最高反衬度到其反衬度消失时所述一维平移台沿Y轴移动的距离ΔY；步骤S3：根据步骤S2所述的距离ΔY计算对应的延时Δt，该延时Δt即为步骤S1所述的X射线脉冲的时间相干长度。

所述延时Δt满足以下公式：cΔt＝2ΔY(1/sinθ-1/tanθ)，其中c为光速，θ为X射线通过X射线分光单元后的偏置角。

进一步地，本发明提供一种X射线相干测量装置的延时精调相干测量方法，其特征在于，包括：步骤S1：在一光学平台上搭建所述的X射线相干测量装置，用该X射线相干测量装置接收X射线脉冲，调节其一维平移台沿Y轴方向的位置，并产生X射线干涉信号；步骤S2：沿步骤S1所述的X射线相干测量装置的两个滑轨的滑轨方向调节该两个滑轨的滑动端的位置，使固定在该两个滑轨的滑动端上的第一传输反射镜和第二传输反射镜以中轴线为对称轴保持移动相同的距离，记录所述的X射线干涉信号从干涉条纹的最高反衬度到其反衬度消失时该第一传输反射镜和第二传输反射镜分别移动的距离ΔL；步骤S3：根据步骤S2所述的距离ΔL计算对应的延时Δt，该延时Δt即为步骤S1所述的X射线脉冲的时间相干长度。

所述两个滑轨的滑轨方向与所述中轴线的夹角为90°-θ，其中θ为X射线通过X射线分光单元后的偏置角；且所述延时Δt满足以下公式：cΔt＝2ΔL(1-cosθ)，其中c为光速，θ为X射线通过X射线分光单元后的偏置角。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明的X射线相干测量装置，可用实现高精度的X射线脉冲相干测量，可提供X射线波段的亚飞秒量级时间分辨精度：包括延时粗调精度，时间分辨率为几十至几百阿秒；以及延时精调精度，时间分辨率可达10阿秒及以下。如此之高的时间分辨率，可以在时域里直接测量硬X射线自由电子激光以及强场激光诱导的阿秒脉冲的时间相干长度。

2、本发明的X射线相干测量装置是一种普适型覆盖波段广的X射线相干测量装置，适用波段从XUV、软X射线至硬X射线，全波段可共享一套X射线相干测量装置。

3、本发明的X射线相干测量装置适用于不同X射线波段，根据相应波段的物理特性，将X射线反射镜可更换至特定镜面镀层，可以使X射线相干测量装置保持高反射及传输效率。

附图说明

图1是本发明的X射线相干测量装置光路示意图；

图2A是本发明的X射线相干测量装置的XUV-软X射线波段镜面镀层方案的反射率随光子能量的关系图；

图2B是本发明的X射线相干测量装置的硬X射线波段镜面镀层方案的反射率随掠入射角的关系图；

图2C是本发明的X射线相干测量装置的硬X射线波段镜面镀层方案的反射率随光子能量的关系图；

图3A-3C是本发明X射线相干测量实验仿真结果。

图4A是本发明的X射线相干测量装置的延时粗调单元的移动示意图；

图4B是本发明的X射线相干测量装置的延时精调单元的移动示意图。

其中：1—第一分光反射镜、2—第二分光反射镜、3—第一传输反射镜、4—第二传输反射镜、5—第三传输反射镜、6—第四传输反射镜、7—第一滑轨、8—第二滑轨、9—一维平移台、10—第一合束反射镜、11—第二合束反射镜。

具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。

如图1所示为本发明的一个实施例的X射线相干测量装置，其包括光学平台、X射线分光单元、X射线合束单元以及设于该X射线分光单元和X射线合束单元之间的X射线延时扫描单元。

其中，X射线分光单元基于波前分割原理制造，用于接收X射线脉冲，其具有分束点A，在分束点A处接收的X射线脉冲被分为两束。该X射线分光单元包括通过三维电动镜架固定在光学平台上的第一分光反射镜1和第二分光反射镜2，该分束点A为第二分光反射镜2的边缘。

X射线延时扫描单元包括延时精调传输单元和延时粗调传输单元，其中延时精调传输单元包括相对于中轴线C彼此对称设置的第一传输反射镜3和第二传输反射镜4；延时粗调传输单元包括相对于中轴线C彼此对称设置的第三传输反射镜5和第四传输反射镜6。

X射线合束单元基于光路的可逆性，相对于X射线分光单元对称设置，其具有与分束点A相对于一中轴线C共轭的合束点B，该合束点B处两束X射线合束并产生X射线干涉信号。X射线合束单元包括通过三维电动镜架固定在光学平台上的第一合束反射镜10和第二合束反射镜11，合束点B为第一合束反射镜10的边缘。

由此，X射线脉冲沿X轴方向入射，经第一分光反射镜1反射，掠入射到第二分光反射镜2的边缘，并在该第二分光反射镜2的边缘(即分束点A)上进行波前分割，分成两等份。一部分X射线脉冲由分束点A处的镜面反射，并沿第一光路传播，使得该部分X射线脉冲沿第一光路的走向依次经延时精调传输单元的第一传输反射镜3和第二传输反射镜4反射，至X射线延时扫描单元；另一部分X射线脉冲直接略过该分束点A，并沿第二光路传播，使得该部分X射线脉冲沿第二光路的走向依次经延时粗调传输单元的第三传输反射镜5和第四传输反射镜6反射，至X射线延时扫描单元。这两束X射线在第一合束反射镜10的边缘(即合束点B)处基于光路的可逆性实现合束，用于产生X射线干涉信号，并通过第二合束反射镜11从该X射线相干测量装置中出射。

其中，第一传输反射镜3通过二维电动镜架固定在一第一滑轨7的滑动端上，第二传输反射镜4通过二维电动镜架固定在一第二滑轨8的滑动端上。第一滑轨7、第二滑轨8的固定端均固定在光学平台上。所述第一滑轨7和第二滑轨8的滑轨方向与所述中轴线C的夹角为90°-θ其中θ为X射线通过X射线分光单元后的偏置角，即第一滑轨7和第二滑轨8的滑轨方向基本垂直于中轴线C。

第三传输反射镜5和第四传输反射镜6通过两个三维电动镜架共同安装在一个一维平移台9上。该一维平移台9安装在光学平台上，其平移方向平行于中轴线C，机械精度≤100nm，扫描范围大于20mm。

X射线延时扫描单元的四个传输反射镜3、4、5、6镜面子午方向尺寸相对较大，以保证光束经过长程扫描后，依然可以通过镜面反射。

第一分束反射镜1和第二合束反射镜11的镜面平行设置，且第二分束反射镜2和第一合束反射镜10的镜面平行设置，使得X射线干涉信号的出射方向与X射线的入射方向保持一致。除此之外，延时粗调传输单元的第三传输反射镜5和第四传输反射镜6对称分布于一维平移台9水平中轴线的两侧，同样确保了一维平移台9在沿Y轴方向移动过程中，X射线干涉信号的出射方向保持不变，即与X射线的入射方向平行。由此，使得合束产生的X射线干涉信号的干涉条纹只反映其纵向相位的差异而横向的特性保持不变，这样就能够准确测量X射线纵向的相干度及相位信息。

为了实现高精度X射线相干测量，本发明的传输反射镜3、4、5、6均通过二维/三维电动镜架来实现固定，且均采用上下端面中心夹持方案，以镜面子午-弧矢中心线为基准线来优化调节。传输反射镜3、4、5、6的镜面在二维/三维电动镜架的夹持下进行对应于镜面水平及俯仰方位的调节，设计调节精度好于10μrad，有3°的调节范围。第三传输反射镜5和第四传输反射镜6由于采用的是三维电动镜架，因此分别还可以进行侧向平移，调节精度好于1μm，移动范围为±10mm。以上调节维度可以实现装置中光路的精准调节。

本发明的X射线相干测量装置在对不同处于X射线波段的X射线脉冲进行测量时，需要更换所有反射镜，所有反射镜的相对位置保持不变，只是更换特定镜面镀层以提升其反射传输效率。

本发明的X射线相干测量装置的XUV-软X射线波段镜面镀层方案为：X射线相干测量装置中的反射镜均采用C和Ni双层镀膜，从而分别为20-200eV的低光子能量段和200-800eV的高光子能量段提供装置中X射线高反射传输效率。采用该镀层方案，其反射性质如图2A所示，单次反射效率可保持在80-90％，而总的传输效率保持在30-40％。

在对于硬X射线，其折射率会随掠入射角的减小显著减小，所以要求入射光线非常接近于光学镜面。这意味着X射线在镜面上的占用空间会非常大，也就是要求反射镜的面积及整个装置的尺寸需要显著增大才能满足设计要求。另外太小的掠入射角会引起较大的边缘衍射效应，会影响下游X射线的光学品质。为了克服这个不利因素，本发明提供了X射线相干测量装置的硬X射线波段镜面镀膜方案：X射线相干测量装置中的反射镜均采用钨/碳化硼(W/B₄C)双镀层多层膜，该双镀层总厚度为1.8nm，总镀层为100层，其反射性质如图2B、图2C所示，在考虑偏置角为5°(即2.5°的掠入射角)时，其反射效率可达40-70％，反射带宽(半高全宽)为～100eV，而偏离该偏置角后反射率急剧下降。可见图2B、图2C所示镀层方案能够使硬X射线具有较高的传输效率，满足相应波段硬X射线相干测量需求。

根据上文所述，本发明的X射线合束单元用于产生X射线干涉信号。该X射线干涉信号具有干涉条纹，该干涉条纹的间距由X射线波长和两合束光之间的夹角决定，在对不同辐射波长进行测量时，可以通过调节X射线延时扫描单元的四块传输反射镜3、4、5、6的相对位置来改变复合夹角而产生比较合适的干涉条纹，从而优化测量结果和精度。

该干涉条纹的反衬度即可反映X射线脉冲的相干度。X射线脉冲合束后产生的干涉条纹可由可由相干公式给出，

其中，u和v是依耐于X射线本身特性及光学成像***的参数，而C为与波长、焦距、光阑及光斑相关的***常数，β₁₂(u)是同时间延时相关的相位因子，J₁(v)与J₁(u)均为一阶贝塞尔函数。

当连续改变两分束X射线脉冲之间的延时时间时，可观测到干涉条纹随两共轭X射线脉冲时间延迟的变化。条纹反衬度定义为，

这里I_max与I_min为干涉条纹强度包络的极大/极小值，而I₁与I₂为分束后两束光的强度，γ₁₂(τ)|为相应延时τ处的相干度。

图3A-3C给出了本发明的软X射线相干测量实验仿真结果。如图3A所示，两部分X射线脉冲的延时接近零延时，相干条纹反衬度为V＝0.96，非常接近于全相干；如图3B所示，两脉冲间的时间延时为100fs时，相干条纹反衬度只有V＝0.35；而图3C表示，两脉冲间的时间延时为200fs时，相干条纹反衬度下降为V＝0.02，相干性几乎消失。

干涉条纹的反衬度V(Δt)随延时Δt的变化可以反映该X射线脉冲的时间相干度。通过标定反衬度V(Δt)的半高宽，则可以直接反映所测X射线脉冲的时间相干长度。若该X射线脉冲为全相干脉冲，则时间相干长度就是其脉冲长度。

基于上述原理，本发明还提供了一种X射线相干测量装置的延时粗调相干测量方法。该X射线相干测量装置的延时粗调相干测量方法的测量范围可涵盖XUV-软X射线的自由电子激光，具体包括：

步骤S1：在一光学平台上搭建如上文所述的X射线相干测量装置，用该X射线相干测量装置接收X射线脉冲，并产生X射线干涉信号；

步骤S2：如图4A所示，连续调节该X射线相干测量装置的一维平移台9在Y轴方向上的位置，即可实现光路的延时粗调，从而可以观测到干涉条纹相干度的变化。在本实施例中，连续调节该一维平移台9在Y轴方向上的位置是通过固定步长的扫描来实现的。

记录从该X射线干涉信号的干涉条纹的最高反衬度到其反衬度消失时该一维平移台9沿Y轴移动的距离ΔY。

步骤S3：根据步骤S2所述的距离ΔY计算对应的延时Δt，该延时Δt即为步骤S1所述的X射线脉冲的时间相干长度。

具体地，延时Δt满足以下公式：cΔt＝2ΔY(1/sinθ-1/tanθ)，

其中c为光速，θ为X射线通过X射线分光单元后的偏置角。

表1列出了图4A所示的延时粗调单元中延时扫描步长Δt/ΔY与X射线通过X射线分光单元后的偏置角θ(θ为X射线在镜面上掠入射角的2倍)的关系。

表1.延时扫描步长精度与偏置角度对应关系

由上表可以看出，若X射线通过镜面反射的偏置角为θ＝5°，则其对应的步长精度为0.3fs/μm，即300as/μm。也就是说，若一维平移台9的运动精度为μm量级，则本发明的X射线相干测量装置的延时粗调相干测量方法的时间步长和测量精度最多能到达约0.3fs。因此，SASE模式下软X射线脉冲，其相干长度为1-5fs，用本发明的X射线相干测量装置的延时粗调相干测量方法的0.3fs的时间测量精度，可以比较准确的测量其相干长度。

此外，测量～150fs的辐射脉冲相干长度对应于延时扫描距离(沿Y轴方向)约为500μm，而测量～1ps的相干长度对应于约3.3mm的扫描距离，均在上文所述的本发明的一维平移台9的机械精度和扫描范围内。因此，对于其辐射脉冲的相干长度和种子激光的脉冲长度在同一数量级，对应着几十到上百飞秒的脉宽(如钛宝石激光)，甚至通过脉冲堆积的方法将激光脉宽展宽至几百飞秒甚至到皮秒量级的采用外种子激光调制的自由电子激光而言，该测量方法的扫描范围和重复精度均满足要求。

由此，本发明的X射线相干测量装置的延时粗调相干测量方法可以满足于XUV-软X射线波段SASE模式和外种子激光调制模式的自由电子激光测量需求。

本发明的X射线相干测量装置的延时粗调相干测量方法，其X射线相干测量装置具体需要采用如图2A所示的XUV-软X射线波段镜面镀层方案。

对于硬X射线自由电子激光(光子能量>4keV)，其SASE模式的辐射脉冲的相干时间长度只有100-400as，这对于时间测量精准度提出了更为严苛的要求，上文所述的X射线相干测量装置的延时粗调相干测量方法的步长精度200-300as/μm已不能满足要求。

对此，本发明还提供了一种X射线相干测量装置的延时精调相干测量方法，可满足硬X射线的时间测量精度需求，还可用于测量由激光激发的高次谐波的阿秒脉冲序列中各脉冲相干长度，以及测量单个的阿秒脉冲长度。

本发明的X射线相干测量装置的延时精调相干测量方法，具体包括：

步骤S1：在一光学平台上搭建如上文所述的X射线相干测量装置，用该X射线相干测量装置接收X射线脉冲，调节一维平移台9沿Y轴方向的位置，并产生X射线干涉信号；

步骤S2：如图4B所示，沿该X射线相干测量装置的第一滑轨7和第二滑轨8的滑轨方向调节该第一滑轨7和第二滑轨8的滑动端的位置，使固定在该第一滑轨7和第二滑轨8的滑动端上的第一传输反射镜3和第二传输反射镜4以中轴线C为对称轴保持移动相同的距离，即在空间上它们沿各自对应的滑轨方向相互聚拢或远离。记录从X射线干涉信号的干涉条纹的最高反衬度到其反衬度消失时该第一传输反射镜3和第二传输反射镜4分别移动的距离ΔL；

步骤S3：根据步骤S2所述的距离ΔL计算对应的延时Δt，该延时Δt即为步骤S1所述的X射线脉冲的时间相干长度。

具体地，延时Δt满足以下公式：cΔt＝2ΔL(1-cosθ)，其中c为光速，θ为X射线通过X射线分光单元后的偏置角。

表2高精度扫描步长精度与偏置角对应关系

表2反映了延时精调传输单元中滑轨运动对应的高精度扫描延时步长与X射线通过X射线分光单元后的偏置角θ的关系。当θ＝5°时，对应有效时间延迟为～25as/um，这个时间分辨精度基本可以满足测量硬X射线SASE模式的相干时间长度的要求，并且可以满足测量由激光激发的高次谐波的阿秒脉冲序列中各脉冲相干长度以及测量单个的阿秒脉冲长度的要求，且测量精度会大大高于FROG-CRAB时间分辨光电子能谱方案。

在对于硬X射线，其X射线相干测量装置具体需要采用如图2B-C所示且如上文所述的硬X射线波段镜面镀层方案。

对于激光激发的高次谐波的阿秒脉冲序列中的各脉冲，以及单个的阿秒脉冲，其光子能量相当于XUV-软X射线，其X射线相干测量装置具体需要采用如图2A所示且如上文所述的XUV-软X射线波段镜面镀层方案。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化，本发明的X射线分光单元也可以基于波经过界面一部分发生折射，另一部分发生反射的原理制造。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (9)

1.一种X射线相干测量装置，位于一光学平台上，其特征在于，包括：

X射线分光单元，用于接收X射线脉冲，其具有分束点(A)；

X射线合束单元，用于产生X射线干涉信号，其具有与分束点相对于一中轴线(C)共轭的合束点(B)；以及

X射线延时扫描单元，设于X射线分光单元和X射线合束单元之间，包括延时精调传输单元和延时粗调传输单元；

所述延时精调传输单元包括相对于中轴线(C)彼此对称设置的第一传输反射镜(3)和第二传输反射镜(4)；所述第一传输反射镜(3)和第二传输反射镜(4)分别固定在两个滑轨(7、8)的滑动端上；所述两个滑轨(7、8)的固定端固定在光学平台上；

所述两个滑轨(7、8)的滑轨方向与所述中轴线(C)的夹角为90°-θ，其中θ为X射线通过X射线分光单元后的偏置角，θ至多为10°；

两个滑轨(7、8)的滑动端的位置设置为沿两个滑轨(7、8)的滑轨方向调节，使固定在该两个滑轨(7、8)的滑动端上的第一传输反射镜(3)和第二传输反射镜(4)以中轴线(C)为对称轴保持移动相同的距离，当所述的X射线干涉信号从干涉条纹的最高反衬度到其反衬度消失时该第一传输反射镜(3)和第二传输反射镜(4)分别移动的距离为ΔL时，对应的延时Δt为：

Δt＝2ΔL(1-cosθ)/c，

其中c为光速；

所述延时粗调传输单元包括相对于中轴线(C)彼此对称设置的第三传输反射镜(5)和第四传输反射镜(6)；所述第三传输反射镜(5)和所述第四传输反射镜(6)一起固定在一一维平移台(9)上；所述一维平移台(9)安装在光学平台上，其平移方向平行于所述中轴线(C)；

所述一维平移台(9)设置为在Y轴方向上连续调节，当所述的X射线干涉信号从干涉条纹的最高反衬度到其反衬度消失时所述一维平移台(9)沿Y轴移动的距离为ΔY时，对应的延时为：

Δt＝2ΔY(1/sinθ-1/tanθ)/c，

其中c为光速。

2.根据权利要求1所述的X射线相干测量装置，其特征在于，所述X射线分光单元包括第一分光反射镜(1)和第二分光反射镜(2)；所述分束点(A)为第二分光反射镜(2)的边缘。

3.根据权利要求2所述的X射线相干测量装置，其特征在于，所述X射线合束单元包括第一合束反射镜(10)和第二合束反射镜(11)；所述合束点(B)为第一合束反射镜(10)的边缘。

4.根据权利要求3所述的X射线相干测量装置，其特征在于，所述第一分束反射镜(1)和第二合束反射镜(11)的镜面平行设置；所述第二分束反射镜(2)和第一合束反射镜(10)的镜面平行设置。

5.根据权利要求1所述的X射线相干测量装置，其特征在于，所述一维平移台(9)的机械精度≤100nm，扫描范围大于20mm。

6.根据权利要求1所述的X射线相干测量装置，其特征在于，所述传输反射镜(3、4、5、6)均通过二维或三维电动镜架来固定。

7.根据权利要求1或2或3所述的X射线相干测量装置，其特征在于，所述X射线脉冲处于XUV至软X射线波段时，所述反射镜均采用C和Ni双层镀膜；所述X射线脉冲处于硬X射线波段时，所述反射镜均采用钨/碳化硼双镀层多层膜。

8.一种X射线相干测量装置的延时粗调相干测量方法，其特征在于，包括：

步骤S1：在一光学平台上搭建权利要求1-7之一所述的X射线相干测量装置，用该X射线相干测量装置接收X射线脉冲，并产生X射线干涉信号；

步骤S2：连续调节步骤S1中所述的X射线相干测量装置的一维平移台(9)在Y轴方向上的位置，记录所述的X射线干涉信号从干涉条纹的最高反衬度到其反衬度消失时所述一维平移台(9)沿Y轴移动的距离ΔY；

步骤S3：根据步骤S2所述的距离ΔY计算对应的延时Δt，该延时Δt即为步骤S1所述的X射线脉冲的时间相干长度。

9.一种X射线相干测量装置的延时精调相干测量方法，其特征在于，包括：

步骤S1：在一光学平台上搭建权利要求1-7之一所述的X射线相干测量装置，用该X射线相干测量装置接收X射线脉冲，调节其一维平移台(9)沿Y轴方向的位置，并产生X射线干涉信号；

步骤S2：沿步骤S1所述的X射线相干测量装置的两个滑轨(7、8)的滑轨方向调节该两个滑轨(7、8)滑动端的位置，使固定在该两个滑轨(7、8)的滑动端上的第一传输反射镜(3)和第二传输反射镜(4)以中轴线(C)为对称轴保持移动相同的距离，记录所述的X射线干涉信号从干涉条纹的最高反衬度到其反衬度消失时该第一传输反射镜(3)和第二传输反射镜(4)分别移动的距离ΔL；

步骤S3：根据步骤S2所述的距离ΔL计算对应的延时Δt，该延时Δt即为步骤S1所述的X射线脉冲的时间相干长度。

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