为了支撑高性能光源波前调控与先进实验技术开发，并在工作波长下实现实验室级面形测量，搭建了微焦点X射线光栅干涉仪实验平台。X射线光栅干涉仪是一种具有极高灵敏度的波前传感技术，可定量测量X射线波前畸变。利用相位步进和傅里叶分析方法重建条纹的相位和波前曲率半径分布，进而计算出波前角度和镜面斜率误差分布。傅里叶分析方法的测量结果与长程面形仪具有很好的一致性，两者差值的均方根小于200 nrad。所提技术可用于X射线主动光学波前在线反馈调控，反射、折射、衍射器件误差检测，以及大科学装置X射线光束质量评估等领域。

研究了广角任意反射面速度干涉仪(VISAR)的光学性质。阐述了广角VISAR的原理, 指出广角诊断靶中椭球镜的作用是将靶丸内表面成虚像在靶丸中心附近。使用Zemax模拟了成像弯曲对动态干涉条纹形成的影响, 提出使用异形光纤面板进行像面矫正。研究了工程误差对干涉仪成像的影响, 若要取得良好的成像效果, 椭球镜的位置偏差不得多于30 μm, 倾角不得超过4°, 长轴方向加工误差需小于0.1 μm, 短轴方向误差需小于4 μm, 镜面反射率应高于70%。讨论了广角VISAR光学研究的进一步发展方向如影响动态条纹的更多可能因素、像面矫正的其他方法、物与像面的光学对应等。

基于辐射度学理论搭建了用于激光诱导击穿光谱探测系统的绝对效率标定装置.用卤钨灯配备紫外玻璃滤光片和熔融石英漫射片作为标定的标准光源, 标定了配备Czerny-Turner型紫外波段光谱仪的激光诱导等离子体光谱探测系统.测得了系统在310~385 nm波长范围内的绝对光谱响应, 不确定度小于7%(在标准偏差为2的条件下).绝对效率标定可为激光诱导击穿光谱探测系统硬件评估提供一种手段.

在钢铁冶炼中, 成分含量检测是保证冶炼质量的关键之一, 激光诱导击穿光谱技术（LIBS）具有遥测的特点, 非常适合于炉内钢水成分的检测。 实验室搭建了一熔融合金LIBS检测实验系统, 该系统由 Nd:YAG调Q激光器（重复频率10 Hz, 波长1 064 nm, 脉冲宽度10 ns, 单脉冲能量约240 mJ）, 高频感应电炉（温度1 600 ℃）, 光谱仪（波长范围186～310 nm, 光谱分辨率0.1 nm）, 激光聚焦和信号光收集系统组成。 实现了对钢液中多元素的LIBS光谱检测, 通过内标法建立了相应元素的定标曲线, 并给出了系统的检测限。 采用深紫外镀膜探测器的光谱仪和抗紫外曝光处理的光纤, 在大气环境下得到的C, S, Mn和Cr元素定标曲线的线性相关系数优于0.96, 检测限分别达到169, 15, 58.9和210 μg·g－1。 对比发现, 不同元素得到最佳定标曲线所需延时条件不同。

光栅作为一重要的分光元件, 广泛应用于各类光谱仪, 其中球面变线距平场光栅以其独特的平场特性使其容易与阵列探测器结合使用, 一次实现宽光谱范围的记录。 商业球面平场光栅一般只会提供光栅的公称线密度以及相应的安装参数, 而不会提供光栅具体的变线距参数, 并且提供的安装参数是针对整个使用波段优化的结果。 使用者往往只需要其中的一部分波段。 针对这种情况, 根据球面平场光栅聚焦、 分光原理, 利用生产厂家提供的光学元件安装参数给出了推导球面变线距光栅变线距参数的方法。 并给出了利用这些参数, 根据光谱仪的实际工作波段确定最佳的CCD安装位置的方法。 根据推导的光栅变线距参数可以对光学系统进行光学追迹已验证光学系统的性能。 研制了一台高分辨率紫外平场光谱仪, 覆盖光谱范围230~280 nm。 采用的球面变线距光栅公称线密度为1 200 lines·mm-1, 使用波段为170~500 nm。 推导了该光栅的变线距参数, 并针对230~280 nm波段对CCD的安装位置进行了优化。 同时利用不同元素的标准光源空心阴极灯对光谱仪进行了波长标定和光谱分辨率测试。 波长标定采用参数拟合法, 整个波段范围内的标定精度优于0.01 nm。 光谱分辨率测试的结果表明光谱仪的光谱分辨率达到0.08 nm@280.20 nm。

激光诱导击穿光谱(LIBS)技术具有非接触测量、无需样品预处理以及快速多元素同时分析等特点, 适合于高温、高压、真空、有毒以及敌对环境等仪器和操作人员无法靠近观测对象的应用中。LIBS技术结合望远镜系统可以实现物质成分的远距离检测与分析。搭建了一套可自动聚焦的LIBS远程测量系统。该系统中的望远镜采用Schwarzschild结构, 由一块凹球面反射镜和一块凸球面反射镜组成。两块球面反射镜共轴安装。其中凸面反射镜安装在电控精密平移台上, 电动平移台可带动凸面反射镜沿光轴移动。通过调整凸面反射镜的位置, 改变凸面反射镜和凹面反射镜的间距, 进而改变系统的焦距, 实现对不同距离的样品进行光谱测量。该结构的优点在于: 激光聚焦光路与信号光采集光路相同, 便于安装和调试;望远镜系统采用全反射式光路, 适用于紫外波段检测;只包括两个球面反射镜, 结构紧凑, 元件容易加工。望远镜系统调焦距离为1.5～3.6 m, 聚焦光斑直径约为0.5~1.0 mm。使用该系统对铜样品进行了LIBS实验, 确认了Cu元素的特征谱线。通过测量Cu元素的LIBS特征谱线(Cu Ⅰ 223.01 nm, Cu Ⅰ 224.43 nm)峰面积和反射镜间距之间关系, 得到了激光的最优聚焦位置。实验结果表明, 该系统能够完成样品的远程激发和LIBS光谱测量, 并能够对不同距离的样品进行自动聚焦。

根据布拉格衍射定律和晶层模型,推导了透射式柱面弯晶谱仪的三维衍射光路的理论公式,并利用该理论研究了谱仪测量光谱的能量刻度问题。在考虑了实验中谱仪与光源的准直度和记录介质放置姿态带来的误差后,发现利用多种滤片的K吸收边进行公式拟合得到弯晶谱仪能量刻度曲线的方法对低能X射线谱线的误差较大,进而提出了用单滤片通过理论公式模拟计算进行谱仪能量刻度的方法。通过对透射式柱面弯晶谱仪测量到的Ag靶X光机的实验光谱进行能量刻度,实现了用单滤片在线定标弯晶谱仪,验证了理论公式和能量刻度方法的正确性。

描述了在北京同步辐射装置(BSRF)4B7B软X射线上，通过多种方法进行高次谐波抑制,采用复合滤片消除高能区低能X射线等性能改进方法使光源的高次谐波含量小于1%、能量分辨优于3000，无杂散光。在4B7B光束线上开展了X 射线探测器（XRD）灵敏度、平面镜反射率和滤片透射率的标定方法研究，XRD灵敏度标定不确定度优于3%，平面镜反射率标定不确定度小于3.5%，滤片透射率标定不确定度优于1%。

激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种动态光谱。 时间分辨LIBS光谱测量是研究激光诱导等离子体演化和谱线自吸收的重要技术。 结合激光诱导击穿光谱测量的时序特性, 提出一种利用常规性能光谱探测设备获得微秒级时间分辨LIBS光谱的测量方法。 通过控制毫秒级光谱探测设备的积分延迟时间, 获得不同延时下的LIBS光谱信号, 对所得光谱进行处理得到相应特征谱线拟合强度, 将所测的特征谱线强度按照一定的时间间隔进行差分, 得到差值即为差分间隔时间内特征谱线的积分强度。 采用差分时间间隔应大于系统最差时序精度, 同时优选无重叠干扰和背底连续的谱线信号进行分析。 以等离子体产生后持续时间为横坐标, 计算所得谱线差值强度为纵坐标, 即可获得特征谱线的强度演化曲线。 通过实验验证, 使用积分时间为毫秒量级光谱仪和时序精度为0.021微秒控制系统, 该方法可以实现微秒量级时间分辨LIBS光谱测量, 可用于表征LIBS光谱特征谱线演化过程, 降低了LIBS光谱时间分辨测量系统成本。

激光诱导击穿光谱(LIBS)技术是应用于冶金在线分析最具前景的技术之一。 为了研究真空和高温条件下LIBS光谱特性和物质成分定量分析方法, 设计并搭建了可实现真空环境高温熔融金属LIBS光谱测量的实验系统。 系统以调Q Nd:YAG脉冲激光器为光源, 采用不同焦距透镜实现激光聚焦和信号光采集, 并利用光谱仪进行光谱检测, 真空获取和高温加热通过真空泵和中频感应电炉实现, 感应加热线圈通过陶瓷封接引线法兰与真空系统进行整合。 经过安装测试, 搭建系统在未加热情况下真空度可达1×10－4Pa, 加热温度可达到1 600 ℃, 可实现真空环境下铁、 铝等金属加热或熔融, 并获得相应环境下的LIBS测量光谱。 利用该系统进行真空和熔融条件下标准钢样品的LIBS实验, 得到了固态钢样品LIBS光谱在不同真空度下的光谱对比, 以及真空环境熔融态和固态钢样品光谱对比。 通过对测得的LIBS光谱进行数据处理和理论分析, 所得初步实验结果与现有研究结论相符合, 表明该系统工作状况良好, 可满足真空环境下的熔融金属成分分析研究的基本需求。