專利名稱：電磁波/粒子束分光方法和電磁波/粒子束分光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電磁波/粒子束分光方法和電磁波/粒子束分光裝置。
背景技術(shù)：
具有預(yù)設(shè)能量分辨率的傳統(tǒng)分光法采用由電磁波、粒子束產(chǎn)生的固體電子激勵或 光干擾效應(yīng)?；谶@些原理，業(yè)界早已經(jīng)實際利用脈沖高度分析器、超導(dǎo)檢測器、分光晶體、 衍射光柵。目前為止開發(fā)出來的能量識別法利用現(xiàn)有的半導(dǎo)體檢測器等裝置，在其回路系 統(tǒng)的一個識別期內(nèi)接收最多一個光子或粒子并將所接收的光子或粒子的能量轉(zhuǎn)化為電子 脈沖，以此檢測其波的高度值。即，在脈沖高度分析時，波高識別回路的處理能力決定計數(shù) 率。在實際中，決定能量分辨率的波高精度和計數(shù)率相互平衡；利用最新的高計數(shù)率數(shù)字 波高度分析器，最高計數(shù)率設(shè)定為250k計數(shù)/每秒，而分辨率在5keV時是150Ev。在評估 傳輸重元素雜質(zhì)或磁場約束高溫等離子體的電子溫度的情況下，250k計數(shù)的計數(shù)率相當(dāng)于 20ms的時間分辨率。另一方面，在超導(dǎo)電檢測器的情況下，一個光子的能量級轉(zhuǎn)換為溫度的 上升，所以計數(shù)率和脈沖高度分析的情況一樣受到限制。進一步地，在X射線光譜測量技術(shù)中，通過更精確地形成如一個波長那么小的微 細結(jié)構(gòu)，或者通過利用作為受光元件的低激勵能量級物質(zhì)進行超低溫冷卻以減少噪聲熱噪 聲，來提高能量分辨率。現(xiàn)有技術(shù)檢索沒有發(fā)現(xiàn)與本發(fā)明的電磁波/粒子束分光方法和裝置等同的傳統(tǒng) 技術(shù)，因為它們和傳統(tǒng)技術(shù)的原理不相同。

發(fā)明內(nèi)容
由于上述原因，在脈沖高度分析和超導(dǎo)檢測器的情況下，有不易實現(xiàn)高計數(shù)率的 問題。另外，衍射光柵和分光晶體具有高分散能力以及良好的能量分辨率，但是反過來測量 范圍非常窄，并發(fā)現(xiàn)要捕獲由一種原子放射出的全部特征X射線是困難的。傳統(tǒng)的分光方法和裝置中也有其分光能力容易變劣的問題，除非它們屏蔽檢測裝 置以抵抗輻射暴露，并阻斷電磁噪聲、振動、大的響聲、熱量以及所關(guān)心的特定粒子束、電磁 波以外的粒子束、由電磁波產(chǎn)生的電噪聲、機械破壞、以及固體構(gòu)成原子反沖，因為它們對 這些沒有耐受性。本發(fā)明的一個目的在于提供一種電磁波/粒子束分光方法，其不用限制測量目標(biāo) 的電磁波或者受光元件上的入射粒子束的數(shù)量，而能捕獲高計數(shù)率和能量級的寬測量范 圍。本發(fā)明的另一目的在于提供一種電磁波/粒子束分光方法，其分光能力不易變劣且對 電磁噪聲、振動、大的響聲、熱量以及所關(guān)心的特定粒子束、電磁波以外的粒子束、由電磁波 產(chǎn)生的電噪聲、機械破壞、以及固體構(gòu)成原子反沖具有耐受性，而且也比傳統(tǒng)的能量分解技 術(shù)對加在檢測裝置的輻射暴露具有更好的耐受性。 本發(fā)明的再一目的是提供一種電磁波/粒子束分光裝置，其能夠達成電磁波或粒子束的入射光譜的高計數(shù)率以及捕獲寬測量范圍的能量級別。本發(fā)明的另一目的是提供一 種電磁波/粒子束分光裝置，其分光能力不易變劣且對電磁噪聲、振動、大的響聲、熱量以 及所關(guān)心的特定粒子束、電磁波以外的粒子束、由電磁波產(chǎn)生的電噪聲、機械破壞、以及固體構(gòu)成原子反沖具有耐受性，而且也比傳統(tǒng)的能量分解技術(shù)對加在檢測裝置的輻射暴露具 有更好的耐受性。為了達到上述目的，本發(fā)明的第一個方面是提供一種電磁波/粒子束分光方法， 包括第一步驟，令入射光譜進入拉普拉斯變換過濾器對入射光譜的強度進行拉普拉斯變 換；第二步驟，接收通過上述拉普拉斯變換過濾器而經(jīng)拉普拉斯變換的光譜，從而利用檢測裝置檢測該光譜的透射強度；以及第三步驟，對被檢測的光譜透射強度進行逆拉普拉斯變 換，從而計算出入射光譜在進入拉普拉斯變換過濾器時的強度。本發(fā)明的電磁波/粒子束分光方法的操作與那些傳統(tǒng)的現(xiàn)有分光方法完全不同。首先，在第一步驟中，利用作為硬件的拉普拉斯變換過濾器對入射光譜的強度進 行拉普拉斯變換。接著，在第二步驟中，用檢測裝置對經(jīng)過拉普拉斯變換的入射光譜的透射 強度進行檢測。在第三步驟中，對檢測裝置檢測到的透射強度進行逆拉普拉斯變換，從而計 算進入拉普拉斯變換過濾器的入射光譜的強度。具體地，拉普拉斯變換過濾器包含用于入射光譜的衰減體，從而用檢測裝置進行測量，即，隨著沿該衰減體的入射光譜的光軸連續(xù)變化衰減體的質(zhì)量時，檢測穿過衰減體的 入射光譜的透射強度。傳統(tǒng)的X射線光譜測量技術(shù)通過更精確地形成如一個波長那么小的微細結(jié)構(gòu)，或者利用低激勵能量級的物質(zhì)作為受光元件通過超低溫冷卻減少噪聲熱噪聲，來提高能量分 辨率。相反，在本發(fā)明的分光方法的能量分辨率是依據(jù)拉普拉斯變換的積分精度以及透射 強度的統(tǒng)計誤差。因此，采用本發(fā)明的分光方法，如果將拉普拉斯變換過濾器即一種光學(xué)元 件放大使質(zhì)量的變化更緩和，就可以提高能量分辨率。即，作為其主要特征，如果將光學(xué)元 件的大小增大，它就容易制造，反過來其分光精度就能更好從而提高能量分辨率。例如，與 半導(dǎo)體X射線檢測器比較，本發(fā)明的方法隨著光源強度增強而提高能量分辨率。因此，本方 法對大強度光源是有利。本分光方法以完全相同的原理對全范圍區(qū)域內(nèi)的電磁波，即從無線電波到X射線再到、射線的區(qū)域，以及由基本粒子、電子、原子核、原子、分子的流組成的粒子束區(qū)域進 行分光。該粒子包含反物質(zhì)，如正電子、反質(zhì)子、以及反中子。如果令電磁波或粒子束入射于一種物質(zhì)中，其光軸透射強度較之其入射強度有所衰減。其衰減率取決于構(gòu)成衰減體的物質(zhì)以及電磁波或粒子束的類型與能量。由于本分光 方法能夠利用其依賴性的差別，選擇性地從檢測裝置上只提取出由所關(guān)心的電磁波或粒子 束產(chǎn)生的信號，所以本方法對任何由所關(guān)心的電磁波和粒子束以外因素產(chǎn)生的干擾信號具 有耐受性。衰減體與入射在衰減體上的電磁波或粒子束的物理相互作用包括構(gòu)成衰減體 的原子及分子的光電吸收，以及由于構(gòu)成衰減體的原子、分子、原子核、電子而產(chǎn)生的散射； 如果是在衰減體構(gòu)成成分的原子核及電磁波的情況下，包括由電子電場而產(chǎn)生對生成，如 果是在粒子束的情況下，則包括被衰減體構(gòu)成成分原子核捕獲。另外，如果是在粒子束是正 電子、反質(zhì)子等反物質(zhì)的情況下，包括由于衰減體構(gòu)成成分原子核或電子的粒子對湮滅。圖18是銅作為衰減體的吸收系數(shù)的圖表，以垂直軸代表銅的衰減系數(shù)、以水平軸代表光子的能量。上述水平軸和垂直軸是對數(shù)標(biāo)度。如圖中所示，入射光衰減情況的原因 包括各種情況，諸如由于原子核電場的對生成、由于電子電場的對生成、光電吸收、非相干 散射以及相干散射。而且，衰減的理由根據(jù)光的能量級別而不同。例如，對于銅的吸收系數(shù)，其光電吸收相當(dāng)于在能量級范圍IO3 105eV之間的一 個總和。即，在該能量級附近時，吸收系數(shù)取決于光電吸收。另一方面，超過IO7eV能量級 時，銅的吸收系數(shù)更多地取決于由原子核電場產(chǎn)生的對生成。(本發(fā)明的原理)以下，參照圖2說明本發(fā)明的電磁波/粒子束分光方法的數(shù)學(xué)原理和物理學(xué)原理。根據(jù)本發(fā)明的電磁波/粒子束分光方法，用于測量入射電磁波或粒子束能量總和的檢測裝置設(shè)置在拉普拉斯變換過濾器的后面以測量透射強度。假設(shè)單色光的入射光能 量為E，衰減體200的厚度為t，從衰減體200出來的輸出信號I (t)以入射光的入射強度 I。(E)、衰減體200的吸收系數(shù)α (E)、以及檢測器的檢測效率f (E)由表達式(1)給出。該 檢測裝置包括，例如，半導(dǎo)體檢測器。因此，入射的電磁波或粒子束是光譜時，可以表達式(2)表示。另外，如果在X射 線區(qū)域內(nèi)衰減體200的吸收系數(shù)α (E)如表達式(4)所給出的那樣高度精確，則因而還原 為一個可用以a、b為常數(shù)的能量函數(shù)取近似值的物理因子(fact)，如果檢測器的檢測效率 f(E)等于E，表達式(2)還原為表達式(3)所給出的拉普拉斯變換。f(E) =E在半導(dǎo)體檢 測器的例子中為真。衰減體包括，例如，金屬。常數(shù)a和b是對于拉普拉斯變換過濾器的衰 減體是特殊的。因此，衰減體200的吸收系數(shù)α (E)對于衰減體也是特殊值。因此可以從數(shù)學(xué)上證實，入射光譜的強度，即入射強度，由逆拉普拉斯變換表達式 (5)唯一地求出。在該表達式中，i是虛數(shù)單位，c是隨機正實數(shù)。但是，盡管表達式(5)在 數(shù)學(xué)上是精確解卻不能使用。因為測量值I (t)是關(guān)于實數(shù)厚度t的函數(shù)的實數(shù)值，而表達 式(5)要求的是關(guān)于復(fù)數(shù)厚度t的復(fù)數(shù)值I (t)。由于在積分區(qū)間c士i c 內(nèi)查找一個隨機 的I(t)的函數(shù)式(form)時不能保證高精度，所以，如表達式(6)所指明的對所測量的值直 接進行積分來獲得解。[數(shù)1]I(t) = I。(E) f (E)e-a(E)t(1)[數(shù)2]外)二]巡/0(五)/(￡>“￡)f⑵
0[數(shù)3]
b+2
2 βο— y/(Z)=A^1 paa I XaYta
0[數(shù)4]·/ a (E) = aE"b(4)[數(shù)5]
2
n b U ^+2 c+imfH(a) = —\dtl(ty
2 瓜·c_i(5)
S卩，表達式(6)和表達式⑶是逆變換的實用表達式。特別的是，表達式(8)是所謂的麥林變換，一次性將測量值變換為復(fù)數(shù)值的波束。 表達式(6)是表達式(2)的數(shù)學(xué)精確解，它是由發(fā)明人唯一推出的積分表達式，通過積分將 波束再次求和構(gòu)成入射光譜。不止可以由麥林變換從實數(shù)測量值求出入射光譜，還可以由 作為表達式(2)的數(shù)學(xué)精確解的吸收系數(shù)α (E)來表達入射光譜。表達式(6)是發(fā)明人在物理學(xué)領(lǐng)域首次發(fā)現(xiàn)并提供了實際應(yīng)用成為本分光方法 的重要基礎(chǔ)。表達式(9)中的Γ表示一個伽馬函數(shù)。另外，表達式(6)的積分與只求波數(shù) 0的傅立葉分量是相同值。以表達式(9)定義的G(S)的物理涵義為，通過衰減體的能量E之級別的單位強度 線光譜的波束。因此，表達式(6)的積分記號內(nèi)的除法運算意指計算入射光譜的能量E的強度。[數(shù)6]
<formula>formula see original document page 7</formula>
-[數(shù)7]<formula>formula see original document page 7</formula>[數(shù) 8]<formula>formula see original document page 7</formula>
[數(shù) 9]<formula>formula see original document page 7</formula>從實用表達式(6)、(7)、⑶和(9)可以導(dǎo)出本分光方法的特性。首先，表達式(8) 說明所求出的光譜精度隨著測量誤差減小而提高，而且所測到的衰減體200的厚度t的變 化更加微小。另外，如圖2所示，當(dāng)衰減體200的厚度t變大，I(t)衰減而變小，因而增加 統(tǒng)計誤差?！癝”是從c_i⑴變化至c+⑴的積分變數(shù)。但是，因為t3—1項的s是復(fù)數(shù)，所以，如果衰減體200的厚度t變得更大，在高頻率 積分時將使正負(fù)逆轉(zhuǎn)，所以，統(tǒng)計誤差給g(s)的貢獻比衰減體200的厚度t較小的時候還 要少。表達式(7)和表達式(6)表示在衰減體200的吸收系數(shù)α (E)相對于能量變化的區(qū) 域內(nèi)光能夠被分散。必須注意在吸收系數(shù)α (E)相對于能量變化不是單調(diào)的能量區(qū)域。首先，在吸收 變化大的位置，吸收系數(shù)α (E)的微分值在某個吸收邊際劇烈變化，所以為避免計算精度 下降，需要高度精確的吸收系數(shù)α (E)的數(shù)據(jù)。還有，有存在出現(xiàn)不能分光的區(qū)域的可能 性。對于具有不同能量級的η個無限窄線光譜[能量Ei(i = 1，2，···!!)、強度Ii(i = 1， 2，…n)]，通過將表達式(6)變形就可以得到表達式(10)。δ是指一個德爾塔(DELTA)函 數(shù)。[數(shù) 10]<formula>formula see original document page 7</formula>
即，計算結(jié)果在具有這樣一個相等吸收系數(shù)的不同能量級之間進行反復(fù)核對， 這勝過建立 δ (E-Ei)、δ (In (α (E))-In (α (Ei)) d/dE (In ( α (E))-In (α (Ei))以給出 α (Ei) = α (Ej) (i Φ j)。換一句話說，在這種情況下，存在一個排他性分光區(qū)域，所以有 必要只禁止任一光譜分量進入。如后面給出的圖3所示，靠近吸收邊際存在一個實際的排 他性分光區(qū)域。另外，盡管是明顯的，在以拉普拉斯變換過濾器進行一次分光的時間內(nèi)光源 光譜強度必須保持恒定。圖3顯示鎳的情況，其中光可以在靠近IkeV的X射線區(qū)域內(nèi)的L吸收邊和M吸 收邊的0. 8 8. OkeV之間被分光。鎳的吸收系數(shù)在0. 8 8. OkeV區(qū)間根據(jù)函數(shù)aEb(a = 8. 29X 1012、b = 2. 63)變化，因而可知光可以被分光。但是，在獲得更廣范圍的分光區(qū)域時， 吸收系數(shù)與靠近吸收邊的相等的能量帶(圖中，Al和A2的區(qū)域)為排他性的分光區(qū)域。因 此，有必要禁止任一光譜分量進入。這里，衰減體的質(zhì)量沿入射光譜的光軸的連續(xù)變化包括，質(zhì)量沿入射光譜的光軸 隨時間連續(xù)變化的情況，以及在同一時間段內(nèi)，衰減體形狀變化而質(zhì)量不變的情況。衰減體 的質(zhì)量沿入射光譜的光軸隨時間的變化，例如，是以單個或多個檢測裝置檢測入射光譜的 透射強度(來確定的)衰減體的質(zhì)量沿入射光譜光軸的線性連續(xù)變化的情況。另一方面，在同一時間段內(nèi)質(zhì)量不變而形狀變化是這樣一種情況，例如，衰減體的 厚度，當(dāng)它是固體時，被設(shè)置成連續(xù)線性地變化并且多個檢測裝置被設(shè)置在沿著它的厚度 變化方向，從而同時檢測通過衰減體的透射光的強度，即在每個厚度變化的位置的透射光 強度。優(yōu)選地，該衰減體根據(jù)電磁波波長和粒子束類型選自于固體、液體或氣體。這里，固體衰減體可以為銅、鎳、鋁等。液體衰減體可以為鎵。氣體衰減體可以為 Μ,ο這里，假定衰減體是固體。在使衰減體的質(zhì)量沿入射光譜的光軸連續(xù)變化時，例如，在該固體厚度連續(xù)變化的情況下，拉普拉斯變換進行變換的變數(shù)對應(yīng)于用于衰減體的 厚度軸與光譜能量軸之間相互變換的變數(shù)。還假定衰減體是液體。當(dāng)其深度連續(xù)變化時，拉普拉斯變換進行變換的變數(shù)對應(yīng)于用于衰減體的深度軸和光譜能量軸之間相互轉(zhuǎn)換的變數(shù)。還有，假定衰減體是氣體，在其密度連續(xù)變化時，拉普拉斯變換進行變化的變數(shù)對應(yīng)于用于衰減體的密度軸和光譜能量軸 之間相互轉(zhuǎn)換的變數(shù)。優(yōu)選地，拉普拉斯變換過濾器包括一個根據(jù)其自身質(zhì)量衰減入射光譜的衰減體，在第二步驟中，最好在衰減體的質(zhì)量沿該入射光譜的光軸連續(xù)變化的條件下，利用檢測裝 置來檢測該入射光譜的透射強度。由此，在衰減體的質(zhì)量沿該入射光譜的光軸連續(xù)變化的 條件下，通過利用檢測裝置檢測入射光譜的透射強度，就可以對入射光譜進行拉普拉斯變化。另外，在第二步驟中優(yōu)選的是，為了令衰減體的質(zhì)量沿入射光譜的光軸隨時間連續(xù)變化，通過采用質(zhì)量變化裝置，使衰減體的質(zhì)量沿入射光譜的光軸的變化。通過這樣做，該質(zhì)量變化裝置可用于使衰減體的質(zhì)量沿入射光譜光軸隨時間連續(xù)變化，從而可以對入射光譜進行拉普拉斯變換。例如，如衰減體為固體，則該質(zhì)量變化裝置是通過使衰減體的質(zhì)量沿入射光譜的光軸隨著時間而連續(xù)地變化這樣的方式來移動衰減體而實現(xiàn)。如果衰減體是液體，則只需 要隨時間連續(xù)改變衰減體的深度，使衰減體的質(zhì)量沿入射光譜的光軸連續(xù)地變化。如果衰 減體是氣體，則只需要隨時間連續(xù)改變衰減體的密度，即，使氣體壓力連續(xù)性地變化，使衰 減體的質(zhì)量沿入射光譜的光軸連續(xù)地變化。另外，如是液體或氣體時，可在容器內(nèi)設(shè)置一個 可沿光軸方向移動的檢測器，從而可以連續(xù)地改變通過液體或氣體的光軸的長度。另外，優(yōu)選的是，衰減體的沿入射光譜的光軸的質(zhì)量設(shè)置為以與該光軸相交的方向線性地變化、即線性地連續(xù)變化，并且該質(zhì)量變化裝置令拉普拉斯變換過濾器或檢測裝 置中的至少一個以與該光軸相交的方向相對地移動。相對移動其中的至少一個，包括只移動拉普拉斯變換過濾器或只移動檢測裝置， 或令它們兩個都移動。這樣，衰減體的沿入射光譜光軸的質(zhì)量被設(shè)置為以與該光軸相交的方向線性地變 化，并且因為質(zhì)量變化裝置令拉普拉斯變換過濾器和檢測裝置以與光軸相交的方向相對移 動，所以可以對入射光譜進行拉普拉斯變換。另外，優(yōu)選的是該拉普拉斯變換過濾器包括一個含有以根據(jù)其自身密度而衰減光 譜的氣體所制成之衰減體的腔室，并且質(zhì)量變化裝置令該衰減體的壓力在對著檢測裝置的 拉普拉斯變換過濾器的位置上連續(xù)地變化，從而使氣體的密度連續(xù)地變化。如上所述，如衰 減體是氣體時，為了使其質(zhì)量沿入射光譜的光軸變化，只需改變腔室中的氣體壓力從而改 變其密度。通過這樣做，令拉普拉斯變換過濾器中設(shè)有一個含有以根據(jù)其自身密度衰減光譜 的氣體所制成之衰減體的腔室，因而在第二步驟中，在拉普拉斯變換過濾器的對著檢測裝 置的位置連續(xù)地改變衰減體的壓力。其結(jié)果是，通過連續(xù)地改變氣體密度，可以對入射光譜 進行拉普拉斯變換。另外，優(yōu)選的是，第一步驟中的衰減體是鐵磁體，從而使入射光譜以這樣一種狀態(tài) 進入磁場以相對于入射光譜的光軸預(yù)定方向被加在衰減體上，并且還設(shè)有第四步驟以基 于在第三步驟中獲得的入射光譜強度計算偏振光譜的強度。S卩，在衰減體的吸收系數(shù)顯現(xiàn)對電磁波或粒子束有依賴性的情況下，如衰減體為 鐵磁體且以相對于入射光譜的光軸形成預(yù)定方向被施加磁場而磁化，在第四步驟中可以求 出每一個偏振分量。這里，如果磁化的鐵磁體被用來作為衰減體，該衰減體的吸收系數(shù)顯現(xiàn) 出對電磁波和粒子偏振的依賴性。表達式(11)至表達式(14)中，“ + ”和“_”表示偏振。另外，Ii(E)指示偏振光譜 而J±(t)指的是通過拉普拉斯變換過濾器的透射強度。特別是在X射線的偏振光分光時，不 僅可以在吸收邊際利用磁圓二色性，而且還有由于離散激勵狀態(tài)和內(nèi)層電子的連續(xù)激勵狀 態(tài)之間的干擾所產(chǎn)生的Fano效應(yīng)而在即使遠離吸收邊際的區(qū)域中也殘留磁圓二色性的這 一效應(yīng)。盡管在一些情況下，約有100%的磁圓二色性出現(xiàn)在吸收邊際，還有5%或更少由 于Fano效應(yīng)而殘留。但是，如果是高度偏振的高亮度光或恒定光源，就可以用表達式(11) 評估各偏振光分量的光譜。但是，在一些情況下，磁圓二色性在吸收邊際反轉(zhuǎn)極性。如果一 能量級的值穿過極性反轉(zhuǎn)的區(qū)域，最好禁止光譜入射這些區(qū)域中的任一個。[數(shù)11]<formula>formula see original document page 10</formula>
這樣就能夠提供一種電磁波/粒子束分光方法，在衰減體的吸收系數(shù)對電磁波/ 粒子束的偏振顯示依賴性時，可分別求出各偏振的分量。本發(fā)明的第二方面提供一種電磁波/粒子束分光裝置，包括接收入射光譜并對該 入射光譜的強度進行拉普拉斯變換的拉普拉斯變換過濾器；用于接收經(jīng)拉普拉斯變換的光 譜的檢測裝置，從而檢測出該光譜的透射強度；以及用于對被檢測到的光譜強度進行逆拉 普拉斯變換，從而計算出在入射拉普拉斯變換過濾器的入射光譜強度的逆拉普拉斯變換裝置。這樣就能夠?qū)﹄姶挪ɑ蛄Ｗ邮娜肷涔庾V給予高計數(shù)率，而同時，捕獲大測量范 圍的能量級。還可以提供一種分光能力不易變劣的電磁波/粒子束分光裝置，并對電磁噪 聲、振動、大的響聲、熱量以及所關(guān)心的特定粒子束、電磁波以外的粒子束、由電磁波產(chǎn)生的 電氣性噪聲、機械破壞和固體構(gòu)成原子反沖具有耐受性，而且對檢測裝置的輻射暴露也比 傳統(tǒng)的能量分解技術(shù)具有更強的耐受性。另外，本裝置極其可望成為應(yīng)用于將來要做的高 溫等離子體聚變實驗的電磁波/粒子束分光方法，因為即使在傳統(tǒng)半導(dǎo)體檢測器、超導(dǎo)電 檢測器與晶體、以及衍射光柵的操作或性能不能得到保證的環(huán)境中也可以確保其性能穩(wěn)定 而不需要維護。該拉普拉斯變換過濾器最好包含根據(jù)其自身質(zhì)量而衰減光譜的衰減體，而且優(yōu)選 的是，提供一種電磁波/粒子束分光裝置，其包括質(zhì)量變化裝置，用于使衰減體的質(zhì)量沿入 射光譜的光軸上隨時間連續(xù)地變化。舉例來說，如果衰減體是固體，該質(zhì)量變化裝置可以通過令衰減體的質(zhì)量沿入射 光譜的光軸隨時間連續(xù)變化的方式移動衰減體來實現(xiàn)。如果衰減體是液體，該質(zhì)量變化裝置可以通過令衰減體的深度隨時間連續(xù)地變 化，而使衰減體的質(zhì)量沿入射光譜的光軸隨時間連續(xù)地變化。舉例來說，如果衰減體是氣體，該質(zhì)量變化裝置可以通過令衰減體的密度隨時間 連續(xù)地變化的方式，即，連續(xù)改變氣體的壓力，來使衰減體的質(zhì)量沿入射光譜的光軸連續(xù)地 隨時間而變化。另外，如果衰減體是液體或氣體，可在容器內(nèi)安裝一個可以在光軸方向上移動的檢測器，以便連續(xù)地改變穿過該液體或氣體的光軸的長度，從而使衰減體的質(zhì)量沿入射光 譜的光軸隨時間連續(xù)地變化。這樣，質(zhì)量變化裝置可以用來令衰減體的質(zhì)量沿入射光譜光 軸隨時間連續(xù)變化，從而提供一種能夠?qū)θ肷涔庾V進行拉普拉斯變換的電磁波/粒子束分 光裝置。另外，該拉普拉斯變換過濾器包括根據(jù)其自身質(zhì)量衰減光譜的衰減體，該衰減體 可被制成其質(zhì)量沿著與入射光譜的光軸相交叉的方向上變化，該檢測裝置可設(shè)置在穿過這 個與入射光譜的光軸相交叉的方向上。這樣，該拉普拉斯變換過濾器包括根據(jù)其自身質(zhì)量衰減光譜的衰減體，該衰減體 可被制成其質(zhì)量沿著與入射光譜的光軸相交叉的方向變化，該檢測裝置被設(shè)置在穿過這個 與入射光譜的光軸相交叉的方向上，從而提供一種能夠?qū)θ肷涔庾V進行拉普拉斯變換的電 磁波/粒子束分光裝置。另外，優(yōu)選的是，在該電磁波/粒子束分光裝置中，衰減體沿著入射光譜的光軸的 質(zhì)量設(shè)置為以與該光軸相交叉的方向線性地變化，該質(zhì)量變化裝置以與該光軸相交叉的方 向相對地移動該拉普拉斯變換過濾器和檢測裝置。利用這樣構(gòu)造，該衰減體的沿入射光譜的光軸的質(zhì)量被設(shè)置為以與該光軸相交叉 方向線性地變化，并且質(zhì)量變化裝置令拉普拉斯變換過濾器和檢測裝置以與光軸相交叉的 方向相對移動，從而提供能夠?qū)θ肷涔庾V進行拉普拉斯變換的電磁波/粒子束分光裝置。另外，優(yōu)選的是在電磁波/粒子束分光裝置中，該拉普拉斯變換過濾器包括一個 腔室，所述腔室含有由根據(jù)其自身密度衰減光譜的氣體制成的衰減體，且該質(zhì)量變化裝置 在接收經(jīng)拉普拉斯變換的光譜時，令腔室中的氣體隨時間連續(xù)地變化。利用這樣構(gòu)造，該拉普拉斯變換過濾器包括一個腔室，所述腔室含有根據(jù)其自身 密度衰減光譜的氣體制成的衰減體，并在拉普拉斯變換過濾器的對著檢測裝置的位置，連 續(xù)地改變衰減體的壓力。其結(jié)果，通過設(shè)置使氣體密度連續(xù)變化的壓力可變裝置，可以提供 一種能夠?qū)θ肷涔庾V進行拉普拉斯變換的電磁波/粒子束分光裝置。另外，優(yōu)選的是在電磁波/粒子束分光裝置中，該衰減體以鐵磁體制成，該裝置還 包括磁場產(chǎn)生裝置，以通過將相對于入射光譜光軸形成預(yù)定方向的磁場加在該鐵磁體上進 行磁化，以及偏振光譜強度計算裝置，基于由逆拉普拉斯變換裝置獲得的入射光譜強度，來 計算偏振光譜強度。另外，這樣可在電磁波/粒子束分光裝置中，在衰減體的吸收系數(shù)對電磁波/粒子 束的偏振顯示出依賴性時，能夠求出偏振的各個分量。另外，優(yōu)選的是在檢測裝置和衰減體之間設(shè)有針孔，使光譜的透射光在該檢測裝 置上形成圖像。通過這種做法，透射光通過針孔在檢測裝置上形成圖像，因而使所成形的圖像可 以被檢測裝置檢測到。另外，優(yōu)選的是該檢測裝置為非冷卻型。具有這種結(jié)構(gòu)，因為可以非冷卻型檢測裝 置來檢測透射光，而不需要冷卻裝置，這樣可以降低成本并減小分光裝置的大小和重量。根據(jù)本發(fā)明，可以捕獲電磁波或粒子束入射光譜高計數(shù)率及能量級的寬的測量范 圍，可以提供一種其分光能力不易變劣的電磁波或粒子束分光方法，對電磁噪聲、振動、大的響聲、熱量及所關(guān)心的特定粒子束、電磁波以外的粒子束、由電磁波產(chǎn)生的電氣性噪聲、機械破壞和固體構(gòu)成原子反沖具有耐受性，并對檢測裝置的輻射暴露比傳統(tǒng)的能量分解技 術(shù)具有更強的耐受性。 其理由是因為拉普拉斯變換過濾器的體結(jié)構(gòu)比X射線波長無比地大，所以它對機 械破壞和變形具有相對可觀的耐受性，并可進一步接收大量的能量，因為由于多光子檢測 而令入射量可能很大。因此，拉普拉斯變換過濾器之后由檢測裝置檢測到關(guān)于高強光源或 高強度粒子源的信號，比電氣噪聲大很多。另外，作為檢測裝置，可以使用具有重原子核的重金屬或半導(dǎo)體化合物，這種情況 下，高速中子的反沖比和Si(Li)或Ge所產(chǎn)生的影響小，因而能將噪聲抑制到比較低的水 平。本發(fā)明使用的檢測裝置中和半導(dǎo)體檢測器與超導(dǎo)電檢測器不同，不需要冷卻，所以，除 非由于檢測裝置持續(xù)暴露于輻射的放射性外，無需要求更換維護。另外，由于其尺寸得以減 小重量得以減輕，所以可以降低更換和拋棄處理的成本。盡管在利用傳統(tǒng)分光晶體和衍射光柵測量時也不需要冷卻，但由振動產(chǎn)生微小的 分光角偏移很可能影響測量結(jié)果的問題。這是因為分散的能力極大。另外，傳統(tǒng)的分光晶 體和衍射光柵對放射線的耐受性低。原因是對于X射線進行分光的傳統(tǒng)分光晶體和衍射光 柵的固體結(jié)構(gòu)要求以1個原子至10原子為單位構(gòu)成，所以很可能直接收到檢測裝置的輻射 暴露和反沖的影響。相對于此，在本發(fā)明不受這樣的振動的影響。另外，本發(fā)明不太受到輻 射的影響。以這種方式，即使在傳統(tǒng)的半導(dǎo)體檢測器、超導(dǎo)電檢測器與晶體、衍射光柵的操作 或運行環(huán)境下，本發(fā)明也能保證傳統(tǒng)的半導(dǎo)體檢測器、超導(dǎo)電檢測器與晶體、衍射光柵可以 在無需維護的條件下可靠運行。因此，本發(fā)明極為有望成為在將來要進行的高溫等離子體 聚變實驗中使用的電磁波/粒子束分光方法。


圖1為根據(jù)一個實施例的分光裝置的示意圖；圖2為電磁波/粒子束透射通過物質(zhì)的示意圖；圖3為鎳的吸收光譜的圖示；圖4為表示σ = 0. 01時的分析區(qū)域的示意圖；圖5為通過拉普拉斯變換過濾器進行分光的圖表；圖6為圖5的放大圖；圖7為加大ο時顯示分析結(jié)果的分光圖表；圖8為測量裝置的示意布置圖，以通過等離子體X射線的分光以及雜質(zhì)粒子的傳 輸評估示出應(yīng)用實例；圖9為顯示氬的特征X射線的發(fā)射半徑分布圖；圖10為顯示等離子體發(fā)射的X射線光譜；圖11為實測氬到達時間的半徑分布圖；圖12為制作拉普拉斯變換過濾器的裝置的示意圖；圖13為用比較例中的典型的CXD通過硬X射線攝取的圖像；圖14為對X射線光譜進行拉普拉斯變換獲得的圖像；圖15為第三實施例的電磁波/粒子束分光裝置的示意圖16為第四實施例的電磁波/粒子束分光裝置的示意圖；圖17為第五實施例的電磁波/粒子束分光裝置的示意圖； 圖18為顯示銅的吸收系數(shù)的圖表；圖19為在線性偏振中的垂直偏振和水平偏振的示意圖；圖20為在圓偏振中的順時針和逆時針旋轉(zhuǎn)的示意圖；圖21為在粒子上旋及下旋的示意圖；圖22為磁圓二色性時施加磁場的示意圖；以及圖23為磁線二色性時施加磁場的示意圖。
具體實施例方式(第一實施例)以下，將參照圖1來說明第一實施例，本發(fā)明的電磁波/粒子束分光方法和電磁波 /粒子束分光裝置具體實施于其中。以下將電磁波/粒子束分光裝置簡稱為分光裝置。如圖1所示地，分光裝置10包括一個拉普拉斯變換過濾器11、一個作為檢測裝置 的檢測元件15、一個作為逆拉普拉斯變換裝置的運算裝置17，以及作為顯示裝置的顯示裝 置18。檢測元件15設(shè)置在拉普拉斯變換過濾器11的相對于光源的另一側(cè)。在本實施例 中，檢測元件15能夠檢測X射線。拉普拉斯變換過濾器11包括圓筒狀基體12以及氣相沉積于該基體12的半圓周 面的衰減體14。舉例來說，基體12的兩端由軸承(未圖示)支撐，以繞與該軸承的中心軸 同心的旋轉(zhuǎn)軸13旋轉(zhuǎn)。另外，基體12可操作地連接至電動機19和減速機20，并且在由電 動機19驅(qū)動時，圍繞旋轉(zhuǎn)軸13以恒定的速度旋轉(zhuǎn)。衰減體14由固體金屬制成并氣相沉積于基體12的半個圓周表面。衰減體14不必 限定于氣相沉積形成于基體12上，也可以由其它方法形成。所述金屬的類型則根據(jù)所要測 量的電磁波或粒子束的波長和種類來選擇。例如，金屬可以為銅，但不限于此。以過渡金屬 作為衰減體時，最厚的氣相沉積厚度是IOOym單位。測量過渡金屬的特征X射線光譜時， 在IkeV至9eV之間沒有吸收邊際的銅是最佳的衰減體氣相沉積材料。氣相沉積厚度即衰減體14的層厚設(shè)置為具有恒定的傾斜度。拉普拉斯變換過濾 器11由電動機19以恒定的角速度旋轉(zhuǎn)。其結(jié)果是，該過濾器每旋轉(zhuǎn)一周，即360°，光分散 兩次，因為層厚最厚的點與層厚最低的點在衰減體上相互分開180°。當(dāng)拉普拉斯變換過濾器11如此圍繞旋轉(zhuǎn)軸13以恒定的角速度旋轉(zhuǎn)時，衰減體14 在光軸16上的層厚線性地變化。具體地，衰減體14設(shè)置為，隨著拉普拉斯變換過濾器11的 旋轉(zhuǎn)，其層厚沿入射光譜的光軸16，即其質(zhì)量沿與光軸16相交叉的方向線性地連續(xù)變化。電動機19對拉普拉斯變換過濾器11的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動相當(dāng)于質(zhì)量變化裝置。另外，在本 實施例中，電動機19用作質(zhì)量變化裝置，但并不限于此，也可以用任何其它驅(qū)動源來替換。 盡管拉普拉斯變換過濾器11可以由電動機19以恒定速度或可變速度旋轉(zhuǎn)，為了簡化后序 的運算處理，以恒定速度旋轉(zhuǎn)為較佳。 另外，如圖1所示，于衰減體14內(nèi)在旋轉(zhuǎn)軸13及光軸上設(shè)有一針孔21。從光源 (未圖示)入射的X射線光譜作為一種電磁波縮小通過該針孔21并入射在檢測元件15上。 制作這個針孔21是為了在檢測元件15上形成圖像。如不需要形成圖像、可以省略針孔21。
例如，檢測元件15由半導(dǎo)體檢測器構(gòu)成，具體為作為一種典型的X射線檢測器的 電荷耦合器(CCD)。在本實施例中，檢測元件15相當(dāng)于不設(shè)冷卻器的非冷卻檢測裝置。在 本實施例中與傳統(tǒng)的能量分解技術(shù)不同之處在于檢測裝置不包括冷卻器。例如，傳統(tǒng)技術(shù)的超導(dǎo)電檢測器將光子的能量轉(zhuǎn)換為溫度上升。因此，為了避免熱 噪聲，傳統(tǒng)超導(dǎo)電檢測器必須將環(huán)境溫度設(shè)成超低溫。因此，傳統(tǒng)超導(dǎo)電檢測器要求用液化 氦等冷卻裝置。相反，在本實施例的特征在于不需要大型的冷卻器。運算裝置17由計算裝置成，并且接收檢測到的入射光譜的透射強度，即，由檢測 元件15測量的。在本實施例中，旋轉(zhuǎn)軸13旋轉(zhuǎn)一次即360°所延續(xù)的時間被設(shè)為一個分光 時間，即檢測時間。因此，本實施例的分光裝置，在分光時間旋轉(zhuǎn)一次，可以分光兩次。運算裝置17在該分光時間內(nèi)對檢測到的入射光譜的透射強度進行逆拉普拉斯變 換，從而利用實用表達式(6)計算出入射于拉普拉斯變換過濾器11上的入射光譜的入射強 度Itl(E)。入射光譜強度的計算結(jié)果顯示于顯示裝置18。另外，在本實施例的情況下，在計算特征X射線光譜的強度時，預(yù)先通過鍵盤(未 圖示)等輸入裝置將吸收系數(shù)α (E)和能量E輸入至運算裝置17中。對于能量E的級別， 具體地，可以隨機選擇任何值，并從對應(yīng)與能量E的具有已知吸收系數(shù)α (E)的能量區(qū)域輸 入，例如，在用銅以IOeV為步進從IkeV至9keV的范圍對特征X射線進行分光時，輸入E = {1010、1020、1030……,9000} 0這樣，預(yù)先輸入所要測量的光譜能量E的區(qū)域。如上述所構(gòu)成的分光方法和分光裝置具有下列特征。(1)跟據(jù)本實施例的分光方法，在第一步驟中，令特征X射線的入射光譜進入拉普 拉斯變換過濾器對該入射光譜的強度進行拉普拉斯變換。在接下來的第二步驟中，接收已 通過拉普拉斯變換過濾器11而經(jīng)拉普拉斯變換的入射光譜，從而用檢測元件15 (檢測裝 置)來檢測該入射光譜的透射強度。在后續(xù)的第三步驟中，對檢測到的光譜透射強度進行 逆拉普拉斯變換，從而計算出已入射拉普拉斯變換過濾器11的的入射光譜的入射強度其結(jié)果是，本實施例的分光方法捕獲特征X射線的寬范圍入射光譜。另外，有利的 是，本實施例的分光方法的分光能力不易變劣，并對電磁噪聲、振動、大的響聲、熱量以及所 關(guān)心的特定粒子束、電磁波以外的粒子束、由電磁波產(chǎn)生的電氣性噪聲、機械破壞和固體構(gòu) 成原子反沖具有耐受性，并且還對檢測裝置的輻射暴露比傳統(tǒng)的能量分解技術(shù)具有更強的 耐受性。(2)根據(jù)本實施例的分光方法，拉普拉斯變換過濾器11形成為包括衰減體14，根 據(jù)其自身質(zhì)量衰減，即吸收入射光譜。另外，在第二步驟中，衰減體14的質(zhì)量通過電動機 (質(zhì)量變化裝置)沿入射光譜的光軸16變化，這令衰減體14的質(zhì)量沿入射光譜的光軸16 隨時間連續(xù)變化。其結(jié)果是，利用電動機19使得拉普拉斯變換過濾器11隨時間連續(xù)而且相對于檢 測裝置15進行移動，可以令衰減體14的質(zhì)量沿入射光譜的光軸16連續(xù)而且線性地變化。 通過這樣連續(xù)而線性地改變衰減體14的質(zhì)量，可以對入射光譜進行拉普拉斯變換。(2)根據(jù)本實施例的分光方法，衰減體14的厚度即質(zhì)量沿入射光譜光軸16隨時間 連續(xù)地變化，藉此對入射光譜進行拉普拉斯變換。(3)根據(jù)本實施例的分光方法，衰減體14沿入射光譜光軸16的層厚即質(zhì)量設(shè)為以 與該光軸16相交叉的方向線性地即連續(xù)地變化。然后，電動機19 (質(zhì)量變化裝置)使拉普拉斯變換過濾器11以與光軸16相交叉的方向相對于檢測元件15 (檢測裝置)移動。其結(jié) 果是，可以隨入射光譜適合地進行拉普拉斯變換。(4)本實施例的分光裝置10包括對入射光譜強度進行拉普拉斯變換的拉普拉斯變換過濾器11、和測量該入射光譜的透射強度的檢測元件15、以及計算入射到拉普拉斯變 換過濾器11的入射光譜的入射強度Itl的運算裝置17。其結(jié)果是，本實施例的分光方法可以捕獲特征X射線的寬范圍入射光譜。另外，有 利的是，本實施例的分光方法的分光能力不易變劣，對電磁噪聲、振動、大的響聲、熱量及所 關(guān)心的特定粒子束、電磁波以外的粒子束、由電磁波產(chǎn)生的電氣性噪聲、機械破壞和固體構(gòu) 成原子反沖具有耐受性，并且還對檢測裝置的輻射暴露比傳統(tǒng)的能量分解技術(shù)具有更強的 耐受性。(5)本實施例的分光裝置10可以捕獲特征X射線的寬范圍入射光譜，尤其是不同 物質(zhì)的特征X射線。另外，有利的是，本實施例的分光裝置10提供了一種分光功能變劣的 電磁波/粒子束分光裝置，對電磁噪聲、振動、大的響聲、熱量及所關(guān)心的特定粒子束、電磁 波以外的粒子束、由電磁波產(chǎn)生的電氣性噪聲、機械破壞和固體構(gòu)成原子反沖具有耐受性， 并且還對檢測裝置的輻射暴露比傳統(tǒng)的能量分解技術(shù)具有更強的耐受性。(6)本實施例的分光裝置10利用電動機19 (質(zhì)量變化裝置)令衰減體14的層厚 即質(zhì)量沿入射光譜光軸16隨時間連續(xù)地變化，從而提供一種能夠?qū)θ肷涔庾V進行拉普拉 斯變換的電磁波/粒子束分光裝置。(7)本實施例的分光裝置10這樣設(shè)置衰減體14的沿入射光譜光軸16的層厚即 質(zhì)量，以與光軸16相交叉的方向線性地變化，電動機19 (質(zhì)量變化裝置)使拉普拉斯變換 過濾器11以與光軸16相交叉的方向相對于檢測元件15(檢測裝置)相對移動。因此，本 實施例的分光裝置10提供了能夠?qū)θ肷涔庾V進行拉普拉斯變換的電磁波/粒子束分光裝置。(8)在本實施例的分光裝置10中，透射光穿過針孔21在檢測元件15(檢測裝置) 上形成圖像，因而使檢測元件15可以檢測到成像的圖像。(9)本實施例的分光裝置10可以在無需冷卻檢測元件15的情況下檢測透射光，所 以不必具有冷卻裝置，從而能降低分光裝置10的成本并且減小其大小和重量。(10)在本實施例中，拉普拉斯變換過濾器11由電動機19-即驅(qū)動源-使之旋轉(zhuǎn)， 這樣每當(dāng)它旋轉(zhuǎn)一次就進行兩次分光。因此，由控制旋轉(zhuǎn)速度，即控制角速度，可以提高時 間分辨率。另外，作為拉普拉斯變換過濾器11的分光性能，可以同時保證能夠識別元素的 特征χ射線的時間分辨率和能量分辨率這兩者?，F(xiàn)說明一個實際的計算實例。(計算實例)如上所述，一入射光譜可以用表達式(6)來求出，這是一個數(shù)學(xué)精確表達式。但 是，因為實際分析是用計算機運算有限區(qū)域中的數(shù)值，所以，不能進行表達式(6)中的無限 區(qū)域的積分。因此，為了實現(xiàn)在有限區(qū)域中的數(shù)值分析，用能提供有限積分區(qū)域的表達式 (15)來取代表達式(6)。如表達式(16)所指出的，表達式(6)和表達式(15)在數(shù)ο為0 時在數(shù)學(xué)上相等?！唉?”是用于確定運算區(qū)域的參數(shù)，σ =0意味著運算區(qū)域是無限的。[數(shù)15]
<formula>formula see original document page 16</formula>[數(shù) 16]I0(E)= Iimitr(E)(16)如果由德爾塔(DELTA)函數(shù)δ (E-E0)給出入射光譜F(E)，就可以得到表達式 (17)。如果用光譜已知的入射光獲得分析結(jié)果的σ依賴性，就得到表達式(18)。[數(shù)17]F(E) = dE0F{E0)S{E -E0){17)[數(shù)18]<formula>formula see original document page 16</formula>(18)[數(shù)19](...XElna(E)-Ina(Etl))(19)如果將運算區(qū)域的參數(shù)α設(shè)成為0，就可以從表達式(18)得到表達式(20)。[數(shù) 20]<formula>formula see original document page 16</formula>(20)另外，如果X單調(diào)減少或增加，還可以從表達式(20)得到表達式OlhItl(E)與表 達式(17)所示的F(E)相等。[數(shù)21]<formula>formula see original document page 16</formula>如上所述，盡管ο = 0意味著運算區(qū)域無限，但可以用表達式(18)來對由提供有 限運算區(qū)域而產(chǎn)生的分析結(jié)果Itl(E)與入射光譜F(E)的偏移進行求值。關(guān)系式σ =0.01 給出的運算區(qū)域為士500(見圖4)。圖5顯示了用普通個人計算機在假定σ = 0. 01的基礎(chǔ)上做的分析結(jié)果。圖6是 圖5靠近5000eV位置的放大圖。假定所要用的入射光譜為兩條線寬無限窄且強度相同的 5010eV和7010eV線光譜。從圖6可知，作為將ο設(shè)為有限值而提供一有限運算區(qū)域的結(jié) 果，分析后的線寬呈現(xiàn)為有限。該線寬之所以為有限歸因于表達式(18)中的exp[-(X/c02] 項。表達式(18)的eXp(X/c)項顯示，如果將運算區(qū)域的參數(shù)σ設(shè)為太大的值，則分析結(jié) 果將不能再現(xiàn)入射光譜的能量或強度(見圖7)。分析結(jié)果中的線寬和能量位置與吸收系數(shù)的關(guān)系可以從表達式(18)得出。將表 達式(18)的被積分函數(shù)設(shè)定為Κσ (E)并在E-Etl周圍對X進行泰勒展開，就可以得到表達 式(23)。
[數(shù) 22]<formula>formula see original document page 17</formula>[數(shù) 23]
<formula>formula see original document page 17</formula>假定由有限分析所產(chǎn)生的線寬讀取誤差為ΔΕ，從表達式(23)的高斯函數(shù)項就可 獲得表達式(24)。[數(shù)24]<formula>formula see original document page 17</formula>
在本計算實例中，在X射線區(qū)域中的物質(zhì)的吸收系數(shù)為α (E) = aEb，在鎳選為衰 減體時，b = 2.63。這就導(dǎo)出<formula>formula see original document page 17</formula>，所以，假定σ = 0.01、就給出Ε/ΔΕ = 263。 因此，可以從吸收系數(shù)相對于能量的相對變化以及-個進行數(shù)值運算的范圍得到讀取的相 對誤差。但是，由于數(shù)值運算，表達式(24)中的相對讀取誤差是有限值。為實現(xiàn)該有限值， 優(yōu)選的是使用光譜寬極窄的高分辨率單色光源進行校正實驗。傳統(tǒng)的能量連續(xù)可變單色光源的分辨率是E/ΔΕ = 8000左右，比由一般的個人計 算機將由本計算實例產(chǎn)生的分析進行數(shù)值運算時的分辨率還大一位，這樣就能實際進行校 正實驗。圖5所示為基于假定以拉普拉斯變換過濾器11對一個光子的入射光譜進行拉普 拉斯變換時的計算實例。在該圖中，水平軸代表光子能量，垂直軸代表光譜強度。該計算實例是關(guān)于兩個在5010eV與7010eV之間具有相等無限窄強度的線光譜。 艮口，在圖5中，對應(yīng)于分辨率40eV的線寬度。因此，由于假定檢測元件15測量光子的數(shù)量， 檢測效率f(E)設(shè)為1。在實際計算中，積分提供一個有限和。因此，有些強度殘留于沒有線 光譜的區(qū)域內(nèi)的情況，嚴(yán)格來講由于完全的干擾而必須消失。這個計算實例的計算條件包括，將區(qū)間OkeV至10. OkeV平均分為100份，并將過 濾器中的衰減體的層厚平均分為10000份。(第二實施例)由于本實施例采用與第一實施例的幾乎相同的硬件結(jié)構(gòu)，所以對相同元件給予相 同的標(biāo)號。第二實施例包括在衰減體的吸收系數(shù)呈現(xiàn)出對電磁波/粒子束的偏振的依賴性 時，求得入射光譜的偏振分量。直線偏振光相對于光前進方向，S卩，相對于圖19所示的光軸，有垂直偏振和水平 偏振，并且其分量可被測量為偏振。另外，在圓偏振光情況下，如圖20所示，相對于光的前 進方向，即圍繞光軸，有順時針偏振和逆時針偏振，其順時針分量和逆時針分量可被測量為 偏振。在粒子束情況下，如圖21所示，在對入射粒子250加上磁場的條件下，可以評估入射 粒子250向上旋轉(zhuǎn)和向下旋轉(zhuǎn)的概率。磁場生成裝置可以用永磁鐵或電磁鐵構(gòu)成。圖22和圖23顯示了入射光子的例子。
如圖22所示，磁場生成裝置設(shè)置成使所形成的磁場的入射側(cè)為N極而出射側(cè)為S 極，并且以與入射光譜的光軸16相同的方向施加。另外，如圖23所示，磁場生成裝置設(shè)置成N極和S極垂直于入射光譜的光軸16，藉 此施加垂直于光軸16的磁場。磁場(即穩(wěn)定磁場)施加于光軸的方向，，也就是與光軸16相同的方向以及與光 軸16垂直的方向，分別對應(yīng)于權(quán)利要求5及10中預(yù)先確定的方向。因此，在第二實施例中，鎳作為一種對電磁波/粒子束的偏振顯示出依賴性的鐵磁體，在基體12上進行氣相沉積成為衰減體14。該衰減體14所形成的層厚與第一實施例 的相同。除了鎳，可以用釓等作為鐵磁體，然而，當(dāng)然，鎳和釓以外的其它鐵磁體也可以被采 用。在第二實施例中，運算裝置17基于由檢測元件15檢測的透射強度J± (t)，用表達 式(11)計算出偏振光譜。運算裝置17相當(dāng)于偏振光譜強度運算裝置。表達式(11)是基于表達式(12) 表達式(14)進行逆拉普拉斯變換，即，，表達式 (11)實際上是進行麥林變換。另外，透射強度J±(t)是入射強度的拉普拉斯變換式，如表 達式(14)所示。還有在第二實施例中，和第一實施例一樣，先通過輸入裝置(未示)在運算裝置17 輸入吸收系數(shù)α (E)和所要測量光譜的能量E的區(qū)域。(關(guān)于偏振測量的極性反轉(zhuǎn)方法)現(xiàn)說明偏振測量的極性反轉(zhuǎn)的方法。在入射光子的前進方向，即圖22所示與光軸16相同的方向，或圖23所示垂直于 光軸16的方向加上穩(wěn)定磁場，是鐵磁體的衰減體14被磁化，然后進行第一次拉普拉斯變 換。此后，在磁場強度保持恒定的條件下，通過將該穩(wěn)定磁場的方向反轉(zhuǎn)180°，進行第二次 的拉普拉斯變換。這導(dǎo)致了反轉(zhuǎn)的極性，可得到表達式(14)的J±(t)。此時，入射光子是 指除了例如粒子束、X射線以外的任何光子。如果在與入射光子的光軸的相同方向上加上 磁場，如圖22所示，可以通過磁圓二色性來識別圓偏振光。這里，極性反轉(zhuǎn)是指180°磁場 反轉(zhuǎn)。第一次和第二次分光中的入射光譜強度必須是恒定的。另外，如果在垂直于入射光 子光軸的方向加上穩(wěn)定磁場，可以通過圖23所示的磁線二色性來識別直線偏振光。為檢查垂直偏振光和水平偏振光之間的比例，進行下面的運算作為磁場反轉(zhuǎn)的例 外。(磁場反轉(zhuǎn)的例外)可以利用磁線二色性區(qū)別垂直偏振光和水平偏振光來進行分光。如圖19所示，這 些垂直偏振光和水平偏振光的偏振光平面轉(zhuǎn)了 90°。首先，在垂直于入射光譜的前進方向(即如圖23所示的光軸方向)的方向施加穩(wěn) 定磁場，對是鐵磁體的衰減體進行磁化，由此進行第一次拉普拉斯變換。此后，在保持磁場 強度穩(wěn)定的情形下，將穩(wěn)定磁場的方向以光軸為中心旋轉(zhuǎn)90°，從而進行第二次拉普拉斯 變換。這導(dǎo)致反轉(zhuǎn)的極性，可以得到表達式(14)的J±(t)。第一次和第一次分光中的入射 光譜強度必須是恒定的。這樣，作為衰減體14，利用鐵磁體鎳可基于磁圓二色性或磁線二色性來識別偏振光。
上述構(gòu)造的分光方法和分光裝置10具有下述特征。(1)根據(jù)第二實施例的分光方法，如果在第四步驟中，衰減體14的吸收系數(shù)α (E)顯示出對電磁波、粒子束偏振的依賴性，則可分別求出偏振分量。因此，如果在電磁波/粒 子束偏振觀察到依賴性時，就可以分別求出偏振分量。 (2)在第二實施例中，可提供一種電磁波/粒子束分光裝置，如果衰減體14的吸收 系數(shù)α (E)對電磁波/粒子束偏振顯示出依賴性時，可分別求出偏振分量。(應(yīng)用實例)下面參照圖8 11來說明一個應(yīng)用實例。該應(yīng)用實例包括在國家聚變科學(xué)研究所的大型螺旋裝置中的X射線的測量。圖8 是為了評估雜質(zhì)粒子的傳輸?shù)姆止庋b置10的布局示意圖。與第一實施例相同的組件給予 相同的標(biāo)號。在該應(yīng)用實例中，采用一維半導(dǎo)體陣列，即采用一維多元件型檢測器作為檢測 元件15。圖中的標(biāo)號22是指連接至運算裝置17的儲存裝置。大型螺旋裝置(未圖示)中的等離子體具有高放射性的特征X射線，所以如果檢 測元件15的一維多元件型檢測器作為分光裝置10，就可有同時有能量分辨率、空間分辨率 和時間分辨率，因而可以進行傳輸評估。在圖8中，大型螺旋裝置(未圖示)設(shè)有一個雜質(zhì) 入射裝置25，用于將例如氬等雜質(zhì)注入到由加熱裝置26加熱的等離子體P中。在該應(yīng)用實例中，分光裝置10可測量X射線光譜空間分布的時間變化，其結(jié)果可 以在評估雜質(zhì)傳輸中得以利用。等離子體P的形狀為圓環(huán)狀，所以可以從截面中心向最外 殼的半徑方向評估傳輸分布。圖9 11顯示的是由傳統(tǒng)方法得到的數(shù)據(jù)。圖9示出了從大型螺旋裝置內(nèi)的典型等離子體放射的氬特征X射線(3. 2keV)的 放射性半徑分。其水平軸表示標(biāo)準(zhǔn)化的等離子體半徑座標(biāo)，其中0相當(dāng)于等離子體中心，1 相當(dāng)于等離子體最外殼。在1. 5秒時間內(nèi)在一點上入射到等離子體P中的氬氣從等離子體 P的最外殼慢慢向等離子體P的中心擴散。在測量中，電子溫度分布是恒定的，X射線強度 與氬的絕對量成正比?！鞍霃健笔侵笍膱A環(huán)狀等離子體P的截面中心向最外殼的座標(biāo)。如圖 9所示，強度最大時，X射線的放射性接近IO12光子/cm7s，能量分辨率為150eV，而時間分 辨率為IOms左右。圖10顯示的是大型螺旋裝置中典型等離子體放射出的X射線光譜，是以傳統(tǒng)的半 導(dǎo)體X射線脈沖波高分析器測量得到的。K表示從在大型螺旋裝置中發(fā)生的等離子體放射的2. 5keV至IOkeV X射線光譜。 除了由電子發(fā)射的軔致輻射產(chǎn)生的連續(xù)光譜以外，還測量作為雜質(zhì)被包含于等離子內(nèi)的氬 和過渡金屬的特征X射線。特別是，原子序數(shù)相差二的兩種過渡金屬Cr、Fe的特征X射線 相互隔開IkeV左右。傳統(tǒng)地，以半導(dǎo)體X射線脈沖波高分析器為檢測器，其計數(shù)率有限，所以，由將Imm 厚的鈹平板過濾器和具有0. 5mm直徑針孔的板相互隔開地在光軸上串聯(lián)起來作為準(zhǔn)直儀 使用，顯著地降低入射光強度。圖10中，F(xiàn)L表示鈹平板過濾器的透射率。如果以鈹平板過 濾器的吸收系數(shù)來修正，氬的實際特征X射線強度比Fe (鐵)就要大至少2位。在圖10的 情況下，足以以500eV的能量分辨率來辨別具有相鄰原子序數(shù)的過渡金屬的特征X射線。圖11顯示了例子從等離子體P最外殼傳輸?shù)竭_等離子體P的各徑向位置的定量評估的到達所需時間的分布。在該圖中，水平軸是空間軸，垂直軸是時間軸，因此可知，測量 裝置在能量分辨率以外，必須同時有空間分辨率和時間分辨率。如圖11所示，在等離子體 P的直徑上可觀察到拋物線型的依賴性。越接近等離子體P的最外殼，電子溫度越低，特征 X射線強度越弱。因而，測量精度下降。這里，傳輸評估系指根據(jù)到達時間的斜率指求出擴散系數(shù)和對流速度，所以，有必 要設(shè)定大量的如圖11所示的空間和時間上的測量點。傳統(tǒng)地，因為使用X射線脈沖波高分析器進行傳輸評估，而不能同時提高時間分 辨率和空間分辨率，因此，將同樣放電條件下的等離子體，實施10次左右，測量到達時間的 半徑分布。在X射線脈沖波高分析器的情況下，因計數(shù)率的限制，必須以鈹平板過濾器來降 低電子能量低的一側(cè)的光譜強度，而那里的軔致輻射強度特別高。如圖10所示，氬特征X 射線具有3. 2keV的低能量級，強度下降2位。實際上，圖11的信噪(SN)比，由于X射線脈 沖波高分析器的計數(shù)率不足而下降為1/10、即1/100的平方根。該應(yīng)用實例中的分光裝置10使用拉普拉斯變換過濾器，所以，不需要至少降低入 射強度的平板過濾器，從而可以以X射線脈沖波高分析器的10(即100的平方根)倍的信 噪(SN)比來進行傳輸評估。特別是，在等離子體周邊的傳輸分析精度較高。另外，利用高時間分辨率的多元件 型檢測器，可以僅在一次放電中進行傳輸評估。(拉普拉斯變換過濾器的產(chǎn)生方法)接著，參照圖12說明拉普拉斯變換過濾器的產(chǎn)生方法。如圖12所示，這個拉普拉斯變換過濾器采用圓盤形氣相沉積基盤31作為其基底。超真空室100在其上部設(shè)有基體冷卻支持器110，該基體冷卻支持器110由電動機 (未示)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，能夠抽真空達到超高真空。另外，超高真空室100還設(shè)有能夠從其內(nèi)部 取出物品的空氣鎖室120。該超高真空是指達到例如IO-8Pa的真空。圓盤形氣相沉積平臺31由超高真空室100中的基體冷卻支持器110支持，其半圓 部分被遮罩40覆蓋。在這種情況下，操作者驅(qū)動電動機(未示)以恒定的速度使基板冷卻 支持器110繞圓盤形氣相沉積平臺31的中心半旋轉(zhuǎn)。此時，電動機的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動由氣相沉積 用驅(qū)動控制裝置150進行控制。在這個半旋轉(zhuǎn)中，來自設(shè)在超高真空室100內(nèi)的電子束蒸鍍爐130的蒸鍍過渡金 屬被氣相沉積在未被遮罩40覆蓋的部分，由此制成氣相沉積膜厚度在旋轉(zhuǎn)方向上連續(xù)變 化的拉普拉斯變換過濾器。即，在圓盤形氣相沉積基盤31的半圓部分，形成氣相沉積厚度 在旋轉(zhuǎn)方向上連續(xù)變化的膜。在所完成拉普拉斯變換過濾器上衰減體層厚最薄的點和最厚的點在旋轉(zhuǎn)方向上 相隔180°，所以，這一拉普拉斯變換過濾器每旋轉(zhuǎn)一次，即旋轉(zhuǎn)360°，可以分光兩次。在 采用過渡金屬為所述材料情況下，最厚的氣相沉積厚度為100 μ m單位。作為氣相沉積材料，銅在IkeV至9keV之間沒有吸收邊際，是最適合測量過渡金屬的特征X射線光譜，然而，本發(fā)明不限于銅。(拉普拉斯變換過濾器的實例)以下將說明拉普拉斯變換過濾器的一個實例。圖13是在以符合對20keV或以上硬射線敏感的帕爾貼(Peltier)冷卻標(biāo)準(zhǔn)的一般硬X射線作為X射線檢測器所攝取的一個圖像。用大型螺旋裝置的等離子體為X射線光 源對一個物體進行拍攝，由此提供一個比較例。圖14是通過拉普拉斯變換過濾器對和比較例相同的物體進行拍攝得到的圖像。
在該例子中的等離子體光源的至少20keV以上的硬X射線強度本來很弱，數(shù)據(jù)顯 示隨著過濾器厚度增加透射強度減弱。但是，可以觀察到，即使相反地是以強度低的信號， 也可以穩(wěn)定測量到X射線光譜，還仍然具有足夠空間分辨率，即使完全沒有對抗電磁噪聲 和振動的措施。在這個例子中，所測量的拉普拉斯變換過濾器大小為50 X 30mm2，衰減體是用鋁切 削制成。此時，衰減體厚度是50 500 μ m。在圖13和圖14中，橫向拍攝出來的兩側(cè)垂直線是用視覺檢查等離子體的窗口的 框。(第三實施例)接著，參照圖15說明第三實施例。下列包含本實施例的下列多個實施例，具有不 同的拉普拉斯變換過濾器結(jié)構(gòu)，所以，和第一實施例相同的元件給予相同的參考號，并省略 對相同元件的重復(fù)性說明。在下列包含本實施例的多個實施例中，圖15 圖17中的顯示 裝置18為了便于說明而省略。拉普拉斯變換過濾器60包括一個封裝體62，內(nèi)含液體64作為衰減體。優(yōu)選的是， 封裝體62的形狀為長方體、立方體或圓柱體等高度方向上的截面相同的形狀。然后，液體 64能夠通過泵66以穩(wěn)定的每秒流量流入封裝體62內(nèi)。作為衰減體，液體64可以為鎵等，但不限于此。在本實施例中，分光時間定義為液體64倒入封裝體62內(nèi)而從高度0直至達到預(yù) 定高度的一段持續(xù)時間。在該持續(xù)時間內(nèi)，對入射光譜的強度進行拉普拉斯變換。在第三 實施例中，泵66相當(dāng)于質(zhì)量變化裝置。由運算裝置17運行的數(shù)學(xué)計算，和第一實施例的一 樣，所以省略重復(fù)說明。此時，實用表達式(6)、(7)、⑶和(9)中，“t”讀數(shù)不是作為衰減 體的厚度，而是讀為衰減體的液體深度。(第四實施例)接著，參照圖16說明第四實施例。拉普拉斯變換過濾器70包括封裝體72，其內(nèi)部密封地包含作為衰減體的氣體74。 該封裝體72具有一個平板底面并且其高度方向的截面形狀相同，例如長方體、立方體或圓 柱體。封裝體72相當(dāng)于腔室。然后，作為衰減體的氣體74能夠通過泵76以穩(wěn)定的每秒流 量流入封裝體72內(nèi)。泵76相當(dāng)于壓力可變裝置。作為衰減體，氣體74可以是氬氣等，但本發(fā)明不限于此。本實施例定義了分光時間為封裝體72內(nèi)的氣體74的壓力從低壓達到一個預(yù)設(shè)高 壓的一段持續(xù)的時間，在這段時間。在這段持續(xù)時間內(nèi)，對入射光譜的強度進行拉普拉斯變 換。在第四實施例中，泵76相當(dāng)于質(zhì)量變化裝置。另外，由運算裝置17運行的數(shù)學(xué)計算， 和第一實施例一樣，所以省略重復(fù)說明。此時，“t”讀數(shù)不是作為衰減體的厚度，而是讀為 衰減體的質(zhì)量，即實用表達式(6)、(7)、(8)和(9)中的密度。(第五實施例)接著，參照圖17說明第五實施例。在本實施例中，假定光源強度在一維空間方向上是一致的。具體地，可以將能量軸變換為衰減體14的厚度尺寸軸，即使該衰減體14具有三角 形的截面，因而其質(zhì)量可以如圖17中所示的在一維方向上連續(xù)變化，即，即使制成靜止型 光學(xué)元件。另外，在本實施例中，基體12是由電磁波/粒子束能夠通過的材料制成的平板。另外，檢測裝置由在一維方向上設(shè)置的一維半導(dǎo)體陣列組成。與第一實施例相反， 這樣構(gòu)成的分光裝置10不旋轉(zhuǎn)拉普拉斯變換過濾器11，所以可在最短的分光時間內(nèi)測量 光譜強度。上述實施可以做如下修改。第一實施例采用一個檢測裝置15。但是如果在拉普拉斯變換過濾器11的后面設(shè) 置很多個檢測元件15，就可以將第一實施例的(10)中所描述的所有時間分辨率和能量分
辨率合并。另外，在拉普拉斯變換過濾器11的后方設(shè)置很多個檢測元件15的，如果光源具有 與第一實施例相等的強度，則能量分變率與時間分辨率就能相互平衡。另外，例如，如果大型螺旋裝置中產(chǎn)生等離子體，并且等離子體X射線光源的放射 性為IO12光子/Cm3/S，在假設(shè)0. 5mm直徑的檢測元件15提供1. OX 10_6球面角度的視角時， 則等離子體赤道面上的視域相當(dāng)于12mm。然后，安裝直徑為150mm的圓盤形拉普拉斯變換過濾器，并由電動機(未示)使之 繞該圓盤的中心旋轉(zhuǎn)，從而以令其層厚線性變化的方式將衰減體氣相沉積于該圓盤的半圓 面上。然后，通過令該拉普拉斯變換過濾器以每20ms為一周期旋轉(zhuǎn)，即以過濾器每旋轉(zhuǎn)一 次時進行兩次分光的方式旋轉(zhuǎn)，其能量分辨率變?yōu)?50eV，這就可以每次持續(xù)IOms的時間 分辨率進行光譜的測量。盡管在圖1的實施例中，拉普拉斯變換過濾器11旋轉(zhuǎn)而檢測元件15為固定，但也 可以固定拉普拉斯變換過濾器11而讓檢測元件15及光源(未示)以恒定的角速度相互同 步地旋轉(zhuǎn)。圖1的實施例已經(jīng)參照分光裝置10進行X射線光譜分光進行了描述。但是，要令 它能作為對中子線之類粒子束進行分光的分光裝置，衰減體的材料就需要改變。例如，如果 衰減體是固體、就使用硼，或如果衰減體是氣體、就使用氫，從而可以對諸如中子線等的粒 子束進行分光。在這種情況下電磁波/粒子束分光方法不需要限制入射光譜的強度，所以可以達 成高計數(shù)率。另外，有利的是，本方法不易在分光能力上變劣，并對電磁噪聲、振動、大的響 聲、熱量以及所關(guān)心的特定粒子束、電磁波以外的粒子束、由電磁波產(chǎn)生的電氣性噪聲、機 械破壞和固體構(gòu)成原子的反沖具有耐受性，還對檢測裝置的輻射暴露比統(tǒng)的能量分解技術(shù) 具有更強的耐受性。 盡管圖1的實施例中的檢測元件15沒有設(shè)置冷卻裝置，可以采用符合典型帕爾貼 (Peltier)冷卻標(biāo)準(zhǔn)的CCD來作為X射線檢測器。但是，不需要大型的冷卻裝置作為冷卻裝置。盡管第三實施例中的泵66是被驅(qū)動來增加封裝體62內(nèi)的液體64量，封裝體62 可先裝入液體64達到一預(yù)設(shè)高度，并且液體64也可以通過泵66以穩(wěn)定的每秒流速排出。盡管第四實施例中的泵76是被驅(qū)動來為封裝體72內(nèi)的氣體74增壓，可在封裝體72先填充氣體74達到一預(yù)設(shè)壓力，并且氣體74也可以通過泵76以穩(wěn)定的每秒流速排出， 以此對封裝體減壓。11、60、70拉普拉斯變換過濾器，12基體、13旋轉(zhuǎn)軸、14衰減體，15檢測元件(檢測裝置、非冷卻檢測裝置)、16光軸，17計算裝置(逆拉普拉斯變換裝置、偏振光譜強度計算裝置)，
18顯示設(shè)備(顯示裝置)，19電機(質(zhì)量變化裝置)、60拉普拉斯變換過濾器，66泵(質(zhì)量變化裝置)、70拉普拉斯變換過濾器，72封裝體(腔室)、76泵(壓力可變裝置)。
權(quán)利要求
一種電磁波/粒子束分光方法，其特征在于第一步驟，令入射光譜進入拉普拉斯變換過濾器以對所述入射光譜的強度進行拉普拉斯變換；第二步驟，接收通過所述拉普拉斯變換過濾器而經(jīng)拉普拉斯變換的入射光譜，從而利用檢測裝置檢測所述入射光譜的透射強度；以及第三步驟，對所述檢測到的光譜透射強度進行逆拉普拉斯變換，從而計算進入所述拉普拉斯變換過濾器的所述入射光譜的強度。
2.如權(quán)利要求1所述的電磁波/粒子束分光方法，其特征在于，所述拉普拉斯變換過濾 器包括根據(jù)其自身質(zhì)量衰減所述入射光譜的衰減體；其中，在所述第二步驟中，在所述衰減體的質(zhì)量沿著所述入射光譜的光軸連續(xù)變化的 條件下，由所述檢測裝置檢測所述入射光譜的透射強度。
3.如權(quán)利要求2所述的電磁波/粒子束分光方法，其特征在于，在所述第二步驟中，所 述衰減體沿所述入射光譜光軸的質(zhì)量是由使質(zhì)量隨時間變化的質(zhì)量變化裝置改變的。
4.如權(quán)利要求3所述的電磁波/粒子束分光方法，其特征在于，所述衰減體沿所述入射 光譜光軸的質(zhì)量被設(shè)置為在與所述光軸相交的方向上線性變化，其中所述質(zhì)量變化裝置以與該光軸相交的方向使得所述拉普拉斯變換過濾器及所述 檢測裝置中的至少一個相對移動。
5.如權(quán)利要求3所述的電磁波/粒子束分光方法，其特征在于，所述拉普拉斯變換過濾 器中設(shè)有包含衰減體的腔室，所述衰減體由根據(jù)其自身密度而衰減所述光譜的氣體制成；其中，所述質(zhì)量變化裝置，在面對所述檢測裝置的拉普拉斯變換過濾器的位置，連續(xù)改 變所述衰減體的壓力，從而連續(xù)改變所述氣體的密度。
6.如權(quán)利要求2 4中任意一項所述的電磁波/粒子束分光方法，其特征在于，第一步 驟中的所述衰減體是由鐵磁體制成，并且所述入射光譜是在將磁場以相對于所述入射光譜 光軸的預(yù)定方向施加在所述衰減體上的條件下進入；所述方法還包括第四步驟，基于第三步驟所得到的所述入射光譜強度，計算偏振光譜 的強度。
7.—種電磁波/粒子束分光裝置，其特征在于，包含拉普拉斯變換過濾器，其接收入射光譜并對所述入射光譜的強度進行拉普拉斯變換；檢測裝置，其接收所述經(jīng)拉普拉斯變換的光譜，從而檢測到所述光譜的透射強度；以及逆拉普拉斯變換裝置，其對所述檢測到的光譜透射強度進行逆拉普拉斯變換，從而計 算進入所述拉普拉斯變換過濾器的所述入射光譜的強度。
8.如權(quán)利要求6所述的電磁波/粒子束分光裝置，其特征在于，所述拉普拉斯變換過濾 器包括根據(jù)其自身質(zhì)量而衰減所述光譜的衰減體；所述裝置還包括質(zhì)量變化裝置，其令所述衰減體的質(zhì)量沿著所述入射光譜的光軸隨時 間連續(xù)變化。
9.如權(quán)利要求7所述的電磁波/粒子束分光裝置，其特征在于，所述拉普拉斯變換過濾 器包括根據(jù)自身質(zhì)量衰減所述光譜的衰減體；其中所述衰減體設(shè)置成其質(zhì)量變化的方向與所述入射光譜的光軸相交；以及其中所述檢測裝置被放在與所述入射光譜光軸相交的方向。
10.如權(quán)利要求8所述的電磁波/粒子束分光裝置，其特征在于，所述衰減體沿入射光 譜光軸的質(zhì)量被設(shè)置為在與所述光軸相交的方向上線性變化，其中所述質(zhì)量變化裝置使得所述拉普拉斯變換過濾器和所述檢測裝置以與所述光軸 相交的方向相對移動。
11.如權(quán)利要求8所述的電磁波/粒子束分光裝置，其特征在于，所述拉普拉斯變換過 濾器設(shè)有包含衰減體的腔室，所述衰減體由根據(jù)其自身密度衰減所述光譜的氣體制成；其中所述質(zhì)量變化裝置在接收所述經(jīng)拉普拉斯變換的光譜時，使得所述腔室中的壓力 隨時間連續(xù)變化。
12.如權(quán)利要求8 10中任意一項所述的電磁波/粒子束分光裝置，其特征在于，所述 衰減體由鐵磁體制成，所述裝置還包括磁場產(chǎn)生裝置，其以相對于所述入射光譜光軸的預(yù)定方向施加磁場，使所述鐵磁體磁 化；以及偏振光譜強度計算裝置，其基于由所述逆拉普拉斯變換裝置所獲得的所述入射光譜強 度來計算偏振光譜的強度。
13.如權(quán)利要求8 12中任意一項所述的電磁波/粒子束分光裝置，其特征在于，在所 述檢測裝置與所述衰減體之間設(shè)有針孔，所述針孔令所述光譜的透射光在所述檢測裝置上 形成圖像。
14.如權(quán)利要求7 13中任意一項所述的電磁波/粒子束分光裝置，其特征在于，所述 檢測裝置為非冷卻裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種分光功能不易變劣的電磁波/粒子束分光裝置，其對電磁噪聲、振動、大的響聲、熱量及所關(guān)心的特定粒子束以外的粒子束、電磁波之外的粒子束、由電磁波產(chǎn)生的電子噪聲、機械破壞、以及固體組成原子的反沖具有耐受性，并且比傳統(tǒng)的能量分解技術(shù)對檢測裝置的輻射暴露具有更強的耐受性。分光裝置10包括拉普拉斯變換過濾器11，對入射光譜強度進行拉普拉斯變換；檢測元件15，檢測入射光譜的透射強度；以及運算裝置17，對檢測到的入射光譜的透射強度進行逆拉普拉斯變換，從而計算進入拉普拉斯變換過濾器11的入射光譜的入射強度。
文檔編號G01T1/36GK101802646SQ200980000345
公開日2010年8月11日 申請日期2009年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月13日
發(fā)明者武藤貞嗣 申請人:大學(xué)共同利用機關(guān)法人自然科學(xué)研究機構(gòu)