一种多波段晶体谱仪及其调节方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种晶体谱仪，具体涉及一种多波段晶体谱仪及其调节方法。
【背景技术】
[0002] 晶体谱仪是测量短波长辐射的线性谱和连续谱的重要仪器，它使人们能够在原子 尺度上去深入了解物质结构及高能密度物理条件下的物理过程。它是高能密度物理实验 研究领域当中应用最为广泛的也是最重要的诊断手段之一。晶体谱仪利用晶体中原子的 点阵进行光谱分析，晶体中原子间距与X光波长相近，当X光束的入射角满足晶体布拉格 (Bragg)条件时，在特定方向会产生强反射，最终不同入射角的连续谱在不同的方向上形成 不同波长的单色X射线，通过对高温等离子体辐射所产生的能谱进行分析，对于了解等离 子体状态参数、分析强场激光作用下的物理过程具有重要意义。
[0003] 晶体谱仪是基于X光在晶体表面形成布拉格衍射原理，利用晶体中的原子点阵进 行光谱分析，其工作原理及光路图如附图1所示：靶点a处的X光，经狭缝板b照射到晶体 c表面，形成布拉格衍射，在底片d上形成等间距的平行平面，晶体中的原子组成各种有规 律排布的空间点阵，可分解为一些等间距的平行平面。若一束平行的相干光束沿着与晶面 的夹角为Θ的方向入射到晶面时，使得晶体原子内的电子受激振动而陈伟次级波的振源， 向各个方向发出与入射波同频率的次级波，这就是相干散射过程。当某些同相散射波满足 布拉格衍射条件λ i=2dsin Θ (n为衍射级数n=l，2, 3, . . . ； 2d为晶格常数；Θ为X光入 射角；λ为入射X光波长）时，散射波会就会构成强反射X光束，不同波长的光强反射角不 同，这样就通过晶体分光的方法分辨入射X光光谱。
[0004] 在高能量密度物理实验当中，如何诊断超强激光产生高温稠密的等离子体状态， 是实验研究开展的重要基础。高温等离子体会发射X光谱，其中包含了大量的等离子体状 态参数信息。利用晶体谱仪等元件对辐射源进行解谱分析，结合一定的理论模型，从而获得 等离子体的信息，应用于各类高能密度物理实验研究。
[0005] 传统的晶体谱仪即以单块大尺寸的平面晶体作为分光元件，其优点是结构设计简 单，测量精度高，测谱应用范围宽(可从IOOeV到十几个keV)。但在使用中也会存在诸多限 制。
[0006] 衡量晶体谱仪性能的重要参数有能谱分辨率及摄谱范围，在传统的晶体谱仪中这 两个参数均受到辐射源尺寸、晶体性能、探测器接收面到晶体以及晶体到辐射源的距离影 响。对于同一种晶体来说，分光晶体的对应辐射源(假设为理想点源）所张立体角的大小决 定了能谱测量范围，如果在实验中需要获得较大的测谱范围，必须将晶体谱仪靠近辐射源。 但晶体与辐射源之间的距离减小，辐射源展宽带来的能谱展宽将导致能谱分辨率下降，高 能杂散信号也会显著增强，并会占据靶机构周围较大的空间，不利于大型综合实验当中的 光路设计排布。
[0007] 除此，传统的晶体谱仪还存在以下不足：一方面整个设备大多采用机械连接，因而 设备的光密性不好，影响X光谱的测量；另一方面，传统晶体谱仪通常采用针尖瞄准的方 式，针尖的安装和取下费时，而且影响瞄准的精确性和稳定性。
【发明内容】
[0008] 为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种多波段晶体谱仪及其调节方 法，本发明简化了晶体谱仪的调节步骤、保证了较高的精度，大幅拓宽了单次实验下的能谱 测量范围。
[0009] 为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的： 一种多波段晶体谱仪，它包括晶体分光系统、激光辅助瞄准系统和靶室悬臂调节系 统； 所述晶体分光系统包括一个设有上底面的空心圆锥台外壳，所述上底面上设有狭缝 板，在该狭缝板的中心处设有狭缝板通孔，在狭缝板上径向设有狭缝，狭缝的背面设有金属 滤片，所述金属滤片将相对应的狭缝完全覆盖，在上底面上设有上底面通孔和上底面狭缝， 所述上底面通孔与狭缝板通孔相通并同轴设置，所述上底面狭缝与狭缝相对应设置， 所述空心圆锥台外壳围成的腔体包括第一腔体和第二腔体，所述第一腔体的下底面和 第二腔体的上底面之间设有凸块，所述凸块上设有遮光板，该遮光板与上底面狭缝相对应 设置； 所述空心圆锥台外壳的侧壁上开设有暗盒座，所述暗盒座与遮光板相对应设置，并且 暗盒座与第二腔体相通，在暗盒座的顶角均设有卡槽，所述暗盒座中卡设有暗盒，所述暗盒 的腔体中依次铺设有滤片框、底片和垫片，所述滤片框上贴有暗盒滤片，暗盒滤片置于底片 上，底片置于垫片上，暗盒上设有暗盒的光密封盖，在暗盒上设有暗盒滤片窗，所述暗盒滤 片窗朝向第二腔体内部，所述暗盒滤片朝向第二腔体内部； 所述晶体分光系统还包括套设在空心圆锥台外壳内的晶体基座，所述晶体基座上表面 设有分光晶体，分光晶体的上表面与晶体基座的上表面平行，在分光晶体周边卡设有带有 卡槽的晶体压板，所述晶体压板上设有固定孔，晶体压板的两条边上通过固定孔有侧向遮 光板，所述侧向遮光板包括左侧遮光板和右侧遮光板； 所述激光辅助瞄准系统包括激光器，所述激光器设置在激光器座中，所述激光器座通 过螺纹连接与环形内螺纹基座相连，所述环形内螺纹基座上设有过渡筒，所述过渡筒与环 形内螺纹基座相通并同轴设置，过渡筒上部设有激光定位杆，在激光定位杆上设有晶体挡 板，在激光定位杆的中部设有激光通孔，所述激光通孔与过渡筒相通并同轴设置，所述环形 内螺纹基座、过渡筒和激光定位杆均同轴设置，所述空心圆锥台外壳套设在在环形内螺纹 基座上，所述空心圆锥台外壳和环形内螺纹基座之间通过螺栓连接，所述激光器座的外部 设有接筒， 所述靶室悬臂调节系统包括三维调整机构和支架，靶室悬臂调节系统通过连接筒与激 光器座相连。
[0010] 所述狭缝板为圆形。
[0011] 所述狭缝的数量为3-6个，狭缝均匀分布在狭缝板上，所述狭缝的宽度为 0. 8-1. 2mm〇
[0012] 所述狭缝板通孔的直径为I. 0mm。
[0013] 所述第一腔体为空心圆锥台形腔体；第二腔体为空心圆锥台形腔体。
[0014] 所述遮光板粘接在凸块上。
[0015] 所述凸块为连续分布的圆环形凸台或间隔分布的凸点。
[0016] 所述暗盒座为长方体槽状基座，暗盒为中空的长方体腔体。
[0017] 所述晶体基座与中心轴线的夹角α为25-30°。
[0018] -种多波段晶体谱仪的调节方法，包括以下步骤： 第一步、将狭缝板3通过螺栓连接固定在上底面1上，在暗盒14的腔体中依次铺设有 滤片框141、底片15和垫片16,在滤片框141上贴有暗盒滤片，然后将暗盒滤片置于底片15 上，将底片15置于垫片16上，使暗盒滤片朝向第二腔体8内部； 第二步、将激光器安装到激光器座上，将靶室悬臂调节系统通过连接筒与激光器座相 连，在靶位放置定位小球，通过三维调整机构将晶体谱仪进行俯仰、左右两维转动调节和前 后调节，调整晶体谱仪姿态及对应到靶点的距离，打开激光器的激光电源，使激光依次穿过 过渡筒、激光定位杆，最终从狭缝板中心的狭缝板通孔射出，作为瞄准激光束，使狭缝板通 孔中射出的瞄准激光束照在定位小球上即可，由于机械部件已经保证激光出射位置在光轴 上，因此调节量很小。
[0019] 本发明中狭缝5的个数、上底面狭缝51的个数、遮光板10的个数、暗盒座11的个 数、暗盒14的个数、分光晶体18的个数均为一一对应设置，即：当在狭缝板上设有3个狭缝 时、在上底面上对应设有3个上底面狭缝、每个狭缝对应设有一个遮光板，空心圆锥台外壳 的侧壁上开设有3个暗盒座，每个暗盒座上对应卡设有一个暗盒，在晶体基座上设有3块分 光晶体，依次类