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单级衍射光栅具有保留0级和共轭±1级的衍射特性,能够有效地抑制高阶衍射。这种产生纯净光谱的衍射特性在激光等离子体X射线诊断中具有重要的应用价值。然而,当入射X射线的能量达到数kev量级时,由于X射线的穿透性随着其能量增加而变强,传统的透射式单级衍射光栅对这个能段X射线的偏转、分光能力下降,这就导致了大部分的衍射光都集中在0级,从而影响了1级的衍射效率。近年来,多层膜光栅的出现解决了光栅在能量较高的X射线中应用的问题。通过结合多层膜对X射线的高反射率以及光栅的分光能力,多层膜光栅能够对入射的X射线提供高额的1级衍射效率。然而,在多层膜光栅产生的光谱中存在着一系列的高阶衍射,多层膜结构在增强1级衍射效率的同时,不可避免地使高阶衍射的衍射效率也得到增强。本论文根据准正弦单级衍射光栅的结构设计了一种多层膜单级衍射光栅,命名为准正弦多层膜光栅。结合准正弦单级衍射光栅的衍射特性和多层膜反射镜的反射特性,准正弦多层膜光栅具有新的衍射特点。在深度方向上,周期性的多层膜结构能够提供对X射线的高反射率,在水平方向上,准正弦光栅结构能够有效地抑制高阶衍射,因此多层膜单级衍射光栅结合了两者的优良特性,使得能量为数kev的X射线以正常角度入射或掠入射时,依然能够获得具有高光强且单色性良好的衍射X射线。本论文所设计的准正弦多层膜光栅有望为惯性约束核聚变提供数kev能段的黑腔辐射高衍射效率X射线光谱。本论文的主要内容如下:第一章介绍了激光驱动惯性约束聚变的原理,激光等离子体X射线的探测以及本论文研究的内容和意义第二章回顾了标量衍射理论的推导以及几种单级衍射光栅的设计思路:包括二值化正弦衍射光栅,准正弦光栅,随机栅条光栅,倾斜矩形孔光栅和梯形透射光栅。在本章末尾分析了透射式单级衍射光栅测谱范围的局限性。第三章研究了应用于X射线光学的多层膜反射镜,着重研究了多层膜反射率的计算以及相关matlab程序的设计。第四章研究了多层膜光栅和多层膜单级衍射光栅的衍射特性,包括X射线衍射理论在多层膜光栅中的应用和多层膜光栅与传统光栅衍射特性的差异分析。并且设计了用于数keV能段X射线的多层膜单级衍射光栅,分析了所设计的多层膜光栅在3keV与5keV能点下的衍射分布以及-1衍射级取得高衍射效率的条件。