等离子体辐射的谱线中包含着等离子体状态的大量信息.因此,探测等离子体状态参数的最有效手段之一就是等离子体辐射的谱线测量.现有的软X射线掠入射平场谱仪由于受到已有掠入射变间距凹面反射光栅的限制,在保持平焦场的情况下,可测量波段范围只有5~40 nm.为了扩展掠入射XUV平场谱仪的测谱范围,首先编制了掠入射变间距凹面反射光栅的光路追踪程序.然后与文献<参考文献原文>同样条件下的结果进行了数值比较,结果表明我们的程序计算结果与Harada等的结果符合的非常好,从而验证了所编制光路追踪程序的可信性.最后利用所编程序对不同掠入射条件下变间距凹面反射光栅的平焦场变化情况进行了详细的数值研究.通过计算和分析表明,在保持软X射线波段范围5~40 nm为平场不变的情况下,在45~80 nm的超紫外线波段范围内找到了一个满足平焦场条件的平场面直线方程为y=-2.50x+661.11的平场面,从而利用一块掠入射凹面光栅就可以将掠入射平场谱仪的波长范围从5~40 nm扩展到5~80 nm.这个结果即从理论上论证了将传统的掠入射平场谱仪从软X射线波段扩展到超紫外线(XUV)波段的可行性,也为提高了掠入射平场凹面光栅的使用性提出了新的设计思路.

提出了双光栅平场全息凹面光栅光谱仪的优化设计方法。将使用波段一分为二，由两个使用结构相同的平场全息凹面光栅分别进行光谱成像以达到提高光谱分辨率的目的。根据全息凹面光栅像差理论，对光栅的使用结构和两光栅各自的制作结构进行优化求解以校正离焦、像散、彗差和球差等各种像差。据此原理设计了工作波段为200~800 nm、探测器长度25 mm的双光栅平场光谱仪。两光栅的工作波段分别为200~400 nm和400~800 nm，像面上光谱像的全宽度分别优于0.83 nm和1.68 nm。通过与相同设计指标的单光栅平场光谱仪进行比较，证明采用双光栅的设计方案能够有效地改善平场全息凹面光栅光谱仪的光谱分辨率。

基于全息凹面光栅理论和ZEMAX软件,设计了一种用于平场光谱仪的消象差平场非球面全息凹面光栅.与采用相同口径、相同相对孔径的全息凹球面光栅构成的平场光谱仪比较,在入射狭缝宽度相同的情况下,该光栅所构成的平场光谱仪的分辨率得到明显提高.同时,利用较大相对孔径非球面全息凹面光栅,可使平场光谱仪的结构更紧凑,从而可实现平场光谱仪的小型化.

介绍了以自扫描光电二极管阵列(SPD)为探测元件的平像场光谱仪。该谱仪采用车尔尼特纳(Czerny-Turner)正交型结构,光谱分辨力为0.5 nm/pixel。介绍了使用标准直流汞灯和标准石英卤素钨灯进行波长定标和辐射定标方法。并利用该平场光谱仪对290～450 nm太阳紫外/大气光谱进行了测量,给出了测量结果。讨论了探测器的特性;为抑制温度对测量结果的影响,探测器两端侧某些像元被物理屏蔽,设置其为背景参考像元即哑元,利用哑元进行实时背景扣除方法来抑制温度漂移、暗电流、暗噪声等因素对测量精度的影响。根据仪器结构讨论了狭缝对谱线的影响,给出了狭缝宽度和谱线宽度的对应关系,并对仪器谱面上的相对测量误差进行了分析。

理论上计算了入射距离747.4 mm及不同入射角情况下,日立变栅距凹面光栅的平场范围,确定了平场范围在30～50nm的一组平场谱仪的新设计参数.在原入射距离的情况下,新研制的平场谱仪在入射狭缝前加了一个轮胎镜,使谱仪具有空间分辨能力,且提高了收集效率,.利用一种真空紫外光谱灯对He气放电的特征谱线对平场谱仪进行了标定.在入射狭缝为 0.1mm时,实验上测得30.38nm谱线的宽度约为0.04mm, 在30nm附近的分辨率为0.001,在消像散波长40nm附近,分辨率将优于0.001.最后,利用标定后的平场谱仪对毛细管放电不同气体等离子体辐射进行了初步的测谱实验.

计算发现, 当平焦场光栅光谱仪的光源位置任意变化时, 总能通过改变光栅的入射角, 保持光谱焦平面到光栅的距离基本不变。 以此为依据提出了平焦场光栅光谱仪的新用法, 使得该谱仪使用灵活, 适应性强, 在极紫外和软X射线光谱学的有关实验中发挥更大的作用。 谱仪的摄谱范围在5～40 nm之间。