一種簡易四晶單色器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及同步輻射領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)裝置，更具體地涉及同步輻射光束線中使用 的一種簡易四晶單色器。
【背景技術(shù)】
[0002] 同步輻射裝置是利用速度接近光速的帶電粒子在磁場(chǎng)中沿弧形軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)放出 的電磁輻射進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的裝置。同步輻射光是具有高強(qiáng)度、高度準(zhǔn)直、高度極化以及特性可精 確控制等優(yōu)異性能的脈沖光源，其具有從遠(yuǎn)紅外到X光范圍內(nèi)的連續(xù)光譜，可用于開展其 它光源無法實(shí)現(xiàn)的許多前沿科學(xué)技術(shù)研究。
[0003] 由于同步輻射光譜具有連續(xù)性，往往需要采用單色器以從同步輻射中分離出單色 光以供實(shí)驗(yàn)使用。在X射線波段，常用的單色器為雙晶單色器，其在結(jié)構(gòu)上通過將兩個(gè)分光 晶體平行排列，從而使?jié)M足布拉格條件的光通過，實(shí)現(xiàn)對(duì)入射光的單色化。只有入射X光滿 足布拉格條件時(shí)才會(huì)發(fā)生衍射，否則沒有光出射。單色器就是根據(jù)這個(gè)原理制成的。
[0004] 同步輻射光束線是將同步輻射光從電子儲(chǔ)存環(huán)引出的裝置，其包括連接在一起的 加速器、儲(chǔ)存環(huán)、光束線、實(shí)驗(yàn)站等很多部分。電子經(jīng)加速器加速至接近光速后進(jìn)入儲(chǔ)存環(huán)， 在儲(chǔ)存環(huán)內(nèi)以接近光速不停的轉(zhuǎn)圈。在轉(zhuǎn)圈過程中，電子向外輻射X光。從儲(chǔ)存環(huán)發(fā)出的 電磁輻射的波長覆蓋范圍廣，發(fā)射度較大，不能直接用于實(shí)驗(yàn)。一般使用光束線對(duì)輻射進(jìn)行 各種處理，滿足實(shí)驗(yàn)要求后再供給實(shí)驗(yàn)站以進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)。光束線是高真空裝置，通過其組 成部分的器件可以對(duì)同步輻射光進(jìn)行限束、準(zhǔn)直、聚焦或單色化等處理。這些器件之間，采 用真空管道連接。光束線的末尾處使用鈹窗真空密封以透過X光。光束線在建設(shè)之前需要 根據(jù)光路詳細(xì)設(shè)計(jì)，一旦建設(shè)完成后很難更改結(jié)構(gòu)。
[0005] 同步輻射光束線中，采用單色器將X光單色化，高能量分辨率的四晶單色器一般 用在低能量分辨率的雙晶單色器之后，從而對(duì)雙晶單色器產(chǎn)生的單色光進(jìn)一步單色化以實(shí) 現(xiàn)高能量分辨。四晶單色器具有出射X光和入射X光保持同一光路的特點(diǎn)，可以作為新增 部件插入到已建成的光束線中。但由于新增的單色器會(huì)影響到原有光束線的布局，其尺寸 通常越小越好。國內(nèi)目前尚沒有在現(xiàn)有光束線上新增四晶單色器的先例。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 本實(shí)用新型的目的是提供一種簡易四晶單色器，從而可配合光束線的雙晶單色器 以進(jìn)一步對(duì)X光進(jìn)行單色化處理。
[0007] 本實(shí)用新型提供的簡易四晶單色器，該簡易四晶單色器包括：第一晶體組件，第一 晶體組件包括第一晶體和第二晶體，第一晶體和第二晶體的反射面相互平行且相對(duì)位置保 持不變，第一晶體組件具有第一旋轉(zhuǎn)中心；第二晶體組件，第二晶體組件包括第三晶體和第 四晶體，其中，第一晶體與第四晶體鏡像對(duì)稱，第二晶體與第三晶體鏡像對(duì)稱，第二晶體組 件具有第二旋轉(zhuǎn)中心；旋轉(zhuǎn)控制器，旋轉(zhuǎn)控制器具有第一旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器和第二旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，第 一旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器和第二旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器具有相同的沿水平方向的旋轉(zhuǎn)軸；第一晶體夾具，第一晶 體夾具固定于第一旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器上，第一晶體夾具上固定第一晶體組件，第一旋轉(zhuǎn)中心位于 旋轉(zhuǎn)控制器的旋轉(zhuǎn)軸上；第二晶體夾具，第二晶體夾具固定于第二旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器上，第二晶體 夾具上固定第二晶體組件，第二旋轉(zhuǎn)中心位于旋轉(zhuǎn)控制器的旋轉(zhuǎn)軸上，第一晶體組件和第 二晶體組件分別位于與旋轉(zhuǎn)控制器的旋轉(zhuǎn)軸垂直的同一豎直面內(nèi)；垂直控制器，垂直控制 器沿豎直方向設(shè)置，旋轉(zhuǎn)控制器固定于垂直控制器上；以及沿水平方向設(shè)置的水平控制器， 垂直控制器固定于水平控制器上。
[0008] 第二晶體組件與第一晶體組件完全鏡像對(duì)稱。
[0009] 第一晶體和第二晶體均為長方體，第一晶體的尺寸為235mm*30mm*20mm，第二晶體 的尺寸為 128mm*30mm*20mm。
[0010] 第一晶體組件還包括與第一晶體和第二晶體一體切割成型的晶體本體，晶體本體 也為長方體，晶體本體的尺寸為287mm*146mm*50mm。
[0011] 第一晶體夾具與第一旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器之間、第二晶體夾具與第二旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器之間、旋 轉(zhuǎn)控制器與垂直控制器之間、垂直控制器與水平控制器之間均為螺接固定。
[0012] 第一旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器和第二旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器的角度分辨率高于0. 5秒每步。
[0013] 垂直控制器和水平控制器的承重能力大于50kg。
[0014] 本實(shí)用新型的簡易四晶單色器的結(jié)構(gòu)簡單、體積小巧、成本低，通過同軸心的兩個(gè) 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器控制兩塊溝道切割晶體分別獨(dú)立的、高精度的旋轉(zhuǎn)，兩塊晶體配合使用，可以在 光路保持不變的同時(shí)，將入射X光變?yōu)楦吣芰糠直娴某錾鋁光，而且裝置可以整體地移入或 者移出光路，適于在已建成的光束線站上升級(jí)改造使用。
【附圖說明】
[0015] 圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的簡易四晶單色器的晶體的設(shè)計(jì)原理示意圖；
[0016] 圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的簡易四晶單色器的晶體的布置示意圖，其中，布拉格轉(zhuǎn) 軸垂直于紙面方向，入射光角度為29° ;
[0017] 圖3是根據(jù)本實(shí)用新型的簡易四晶單色器的晶體的布置示意圖，其中，布拉格轉(zhuǎn) 軸垂直于紙面方向，入射光角度為48° ;
[0018] 圖4是根據(jù)本實(shí)用新型的簡易四晶單色器的立體示意圖；
[0019] 圖5是根據(jù)圖4的簡易四晶單色器的爆炸示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。應(yīng)理解，以下實(shí)施例僅用于說 明本實(shí)用新型而非用于限制本實(shí)用新型的范圍。
[0021] 圖1為本實(shí)用新型的簡易四晶單色器的晶體的設(shè)計(jì)原理示意圖，其中，采用硅 (333)做為溝道切割晶體，硅（333)的晶面間距為丨.045 A (埃），根據(jù)布拉格公式λ = 2ndsin9,其中，λ為出射X光波長，η為衍射級(jí)數(shù)，取一級(jí)衍射，d為晶面間距，Θ為入射 角，對(duì)于能量適用范圍為8-12keV的單色器，經(jīng)計(jì)算可得入射角的范圍為29-48度。晶體沿 布拉格轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，布拉格轉(zhuǎn)軸與入射光的距離始終未變，也就是說，入射光始終處于以布 拉格轉(zhuǎn)軸為圓心，以布拉格轉(zhuǎn)軸和入射光距離為半徑的圓的切線方向上。若使入射光通過 布拉格轉(zhuǎn)軸，從溝道切割晶體的角度來看，所有不同入射角的X光都將交于同一點(diǎn)，設(shè)這一 點(diǎn)為0,如圖1所示，晶體組件包括第一晶體7和第二晶體8,以29度角入射的X光1和以48 度角入射的X光4的延長線相交于點(diǎn)0,布拉格轉(zhuǎn)軸沿與紙面垂直的方向穿過點(diǎn)0。在入射 光1和入射光4之間的某一位置處設(shè)置第一晶體7,使第一晶體7的反射面的長度大于入射 光1和入射光4之間的覆蓋范圍（即第一晶體7的長度大于第一晶體7與入射光1和入射 光4的交點(diǎn)間的距離），如此，入射角為29~48度之間的入射光都將照射在第一晶體7上。 入射光1、4經(jīng)第一晶體7反射后，一次反射光2和一次反射光5的延長線匯聚于點(diǎn)0'，點(diǎn)0' 是點(diǎn)0的虛像。同樣的方法放置第二晶體8,使第二晶體8覆蓋一次反射光2、5的范圍（即 第二晶體8的長度大于第二晶體8與一次反射光2、5的交點(diǎn)間的距離）。一次反射光2、5 經(jīng)第二晶體8反射后，二次反射光3、6相交于點(diǎn)0"，也就是說，由于入射角介于29-48度之 間的入射光匯聚于〇點(diǎn)，第一晶體7和第二晶體8的設(shè)計(jì)將保證入射角介于29-48度之間 的入射光都可以經(jīng)第一晶體7和第二晶體8而發(fā)生兩次反射，從而使得入射光不會(huì)被遮擋， 或者入射光沒有經(jīng)過兩次反射而泄露，或者入射光發(fā)生多次反射的情況出現(xiàn)。第一晶體7 和第二晶體8可以采用同一個(gè)硅單晶經(jīng)過溝道切割工藝形成，它們的尺寸只需滿足以下條 件：第一晶體7的反射面覆蓋入射光1、4且不遮擋二次反射光3、6 ;第二晶體8的反射面覆 蓋一次反射光2、5且不遮擋入射光1、4 ;0點(diǎn)在晶體外部。比如，在圖1的實(shí)施例中，晶體組 件包括第一晶體7、第二晶體8以及與第一晶體7和第二晶體8 -體切割成型的晶體本體， 第一晶體7、第二晶體8和晶體本體均為長方體，第一晶體7的尺寸為235mm*30mm*20mm，第 二晶體8的尺寸為128mm*30mm*20