近日，同济大学精密光学工程技术研究所伊圣振与西北核技术研究所唐波等团队合作，在《OpticsExpress》在线发表题为《基于准单能多层膜镜阵列的等离子体软X射线能谱诊断用高分辨Dante谱仪》（High-resolution Dante spectrometer based on quasi-monochromatic multilayer mirror array for soft X-ray spectral measurement in plasma diagnostics）的论文。该论文基于准单色多层膜反射镜阵列的Dante谱仪结构，首次建立了一套适用于多层膜阵列Dante谱仪的系统化不确定度分析与抑制框架。与传统Dante谱仪相比，显著削弱了光谱反演对理想辐射模型的依赖，从而成功降低了能谱测量不确定度。
软X射线光谱测量是惯性约束聚变（ICF）与Z箍缩等高能量密度物理研究的关键诊断手段之一，对等离子体辐射功率、辐射温度及能量转换效率等核心物理量的精确测量具有重要意义。作为国际主流的软X射线功率与光谱诊断设备，Dante谱仪已广泛应用于美国国家点火装置（NIF）、OMEGA激光装置以及Z箍缩实验平台。然而，传统Dante谱仪通常依赖单层反射镜与滤波片组合实现能量选择，其能量响应函数较宽，在光谱反演过程中不可避免地引入对理想辐射模型的依赖，从而限制了测量不确定度的进一步降低。
针对上述问题，该研究围绕多层膜阵列式Dante谱仪的工作机理，构建了一套系统而完整的不确定度分析与抑制框架，从原理层面对光谱测量过程中涉及的各类不确定度来源进行了系统建模与量化分析，重点涵盖了探测器响应、多层膜反射率、能量带宽以及谱仪安装角度偏差等关键因素。
图1 基于准单能多层膜镜阵列的高分辨Dante谱仪结构光路结构图
进一步地，团队研制了一套覆盖100–1000 eV能区的八通道Dante谱仪。通过高精度同步辐射标定以及优化的谱仪装调流程，将单通道相对扩展不确定度控制在2%–3%范围内，并实现了整体光谱分布相对扩展不确定度优于3.2%的测量性能。该系统已成功应用于Z箍缩等离子体实验平台，实现了等离子体辐射光谱的时间分辨测量，并验证了多通道能点测量的一致性与稳定性，显示出良好的工程可行性与诊断可靠性。该研究为高精度软X射线光谱诊断提供了一种可推广的新技术路线，对于提升高能量密度物理实验中辐射测量的定量精度具有重要意义。
图2 Z箍缩实验结果及不确定度评估结果
同济大学精密光学工程技术研究所博士生许昊为论文第一作者，伊圣振长聘副教授和西北核技术研究所唐波副研究员是论文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金项目(12475212, 12204353)、强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室基金（NKLIPR2514）和国家磁约束核聚变能发展研究专项(2019YFE03080200)的支持。
论文链接：https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-34-2-2516
