一种用于四晶单色器的晶体组件的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及光学试验的一种辅助装置，更具体地涉及X射线高能量分辨四晶单色器中所用的晶体组件。
【背景技术】
[0002]同步辐射装置是利用速度接近光速的带电粒子在磁场中沿弧形轨道运动时放出的电磁辐射进行实验的装置。同步辐射光是具有高强度、高度准直、高度极化以及特性可精确控制等优异性能的脉冲光源，其具有从远红外到X光范围内的连续光谱，可用于开展其它光源无法实现的许多前沿科学技术研究。
[0003]由于同步辐射光谱具有连续性，往往需要采用单色器以从同步辐射中分离出单色光以供实验使用。在X射线波段，常用的单色器为双晶单色器，其在结构上通过将两个分光晶体平行排列，从而使满足布拉格条件的光通过。双晶单色器结构简单，较易实现，但是出射光高程会有变化，不能加装在已有的光束线上。而采用四晶单色器可以补偿出射光的高程变化，采用沟道切割工艺可以自动保证反射面的平行性。
[0004]现有的沟道切割晶体一般用锗的低指数面做反射面，能量分辨率较低。如果用硅的高指数晶面做反射面，会得到较高的能量分辨率。但此时，首先必须保证晶体反射晶面的高度平整，减少重力引起的反射面变形；其次，晶体的夹持装置在夹持晶体时需要保持稳固而不能引起晶体反射面的变形；同时，通常情况下具有高运动精度的晶体运动控制器往往负载较小，这意味着还要求晶体和夹具的重心需要非常接近控制器的轴心。因此如何设计晶体的结构及其夹持机构将是同福辐射实验中非常重要的环节。
[0005]沟道切割晶体在现有的商业化设备中已有使用，但根据功能要求不同所使用的晶体形状也各不一样。国际上使用沟道切割晶体做单色器的组织都有自己独特的晶体设计方案，但这些方案一般只使用硅的某一个特定的高指数晶面做反射面，比如，美国阿贡国家实验室(ANL)的先进光子源(APS)的3ID高能量分辨模式的能量范围仅有20个电子伏。至于国内，尚没有应用沟道切割晶体做高能量分辨单色器晶体的先例。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的是提供一种用于四晶单色器的晶体组件，从而提供能量适用范围更大的晶体以便于进行同步辐射相关实验。
[0007]本实用新型提供的用于四晶单色器的晶体组件，该组件包括:第一模块和第二模块，第一模块和第二模块完全镜像对称布置；第一模块包括第一晶体、第一夹具以及第一底板，第一晶体具有晶体本体、第一上晶块和第一下晶块，晶体本体具有平整的正面，第一上晶块和第一下晶块从正面向外凸出且分别位于晶体本体的中心轴的两侧，第一上晶块的下表面形成为平整的第一反射面，第一下晶块的上表面形成为平整的第二反射面，第一反射面和第二反射面相互平行且垂直于正面，第一反射面和第二反射面长度相等；第一夹具夹持固定第一晶体；第一底板与第一夹具固定连接；第一模块的重心形成为第一模块的旋转中心，其位于晶体本体的中心轴上。
[0008]晶体本体为立方体，晶体本体上还设置有在同一平面内对置的两个卡槽，卡槽所在的平面平行于第一反射面并且分别从晶体本体相对的侧面向晶体本体内部凹陷。
[0009]第一上晶块和第一下晶块为立方体，第一上晶块和第一下晶块的边缘分别与晶体本体相对的侧面齐平，第一上晶块的顶部与其中一个卡槽的下边缘齐平，第一上晶块的下表面形成第一反射面，第一下晶块的上表面形成为第二反射面，第一下晶块的下表面与晶体本体的底面齐平。
[0010]第一夹具包括矩形主板、矩形顶板和牙板，主板和顶板一体成型且相互垂直布置，顶板从主板的大面的上部向外凸出，牙板设置于主板的大面底部且垂直于牙板，牙板位于同一平面内，两个牙板分别与主板的相对的两个侧面齐平，两个牙板对应的卡入第一晶体的两个卡槽内。
[0011]顶板的上部设置有平行于主板的两个螺纹通孔，顶板的侧面设置有垂直于主板的两个螺纹通孔，螺纹通孔互不相通。
[0012]底板为矩形板，底板的上部设置有与顶板侧面的螺纹通孔对应的通孔，底板和夹具通过将螺丝插入通孔内固定，第一底板中间设置有以正方形阵列布置的四个沉降孔。
[0013]第一晶体和顶板之间还设置有垫板，螺丝穿过顶板顶部的螺纹通孔抵触垫板。
[0014]第一反射面的长度为17mm，第二反射面的长度为17mm，第一反射面和第二反射面之间的间距为1mm0
[0015]晶体本体的长、宽、高分别为34mm、10mm、38mm，第一模块的重心与晶体本体的底面之间的距离为23mm，重心与晶体本体的两个相对的侧面之间的距离均为17mm。
[0016]夹具、底板、螺丝以及垫板均为201#退火不锈钢。
[0017]卡槽的宽度与晶体本体的宽度相同，高度为2mm，深度为1mm ;第一上晶块的长度为17mm，宽度为8mm，高度为8mm ;第一下晶块的长度为17mm，宽度为8mm，高度为8mm。
[0018]顶板的长度为34mm，宽度为12mm，厚度为1mm ;两个牙板的厚度均为1.9mm，宽度均为10mm，长度为9.8mm，两个牙板之间的间距为14.4mm，牙板与顶板的间距为12.3mm。
[0019]底板为矩形板，其长度、宽度、厚度分别为65.lmm、34mm、8mm。
[0020]本实用新型所述的用于高分辨四晶单色器的用于四晶单色器的晶体组件具有以下优点:晶体可使用硅(333)和硅(555)晶面做反射面，适用的能量范围大，硅(333)可适用8-20keV，硅(555)适用10_20keV ;晶体因自重引起的反射面变形较小；夹具夹持不会使反射面变形；装置的重心在晶体的中轴线上。本实用新型的体积小巧，重量和成本都比较低。本实用新型的各反射面的有效长度相同且相对较长，设备可靠性较高。
【附图说明】
[0021]图1为根据本实用新型的一个实施例的用于四晶单色器的晶体组件的布置示意图；
[0022]图2为根据图1的沟道切割晶体的设计原理图；
[0023]图3是根据图1的组件的第一模块的爆炸示意图；
[0024]图4是根据图3的组件的第一晶体的立体示意图；
[0025]图5是根据图3的组件的夹具的立体示意图；
[0026]图6是根据图3的组件的底板的立体示意图。
【具体实施方式】
[0027]以下结合具体实施例，对本实用新型做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本实用新型而非用于限制本实用新型的范围。
[0028]图1为本实用新型的用于高分辨四晶单色器的晶体组件的布置示意图，由图1可知，本实用新型的组件包括关于AA轴镜像对称布置的第一模块10和第二模块20，其中，第一模块10具有夹具11、第一晶体12和螺丝13，第一晶体12通过螺丝13固定于夹具11上，第一晶体12通过沟道切割工艺形成有两个彼此面对的第一反射面123和第二反射面124 ;同样地，第二模块20具有夹具21、第二晶体22和螺丝23，第二晶体22通过螺丝23固定于夹具21上，第二晶体22通过沟道切割工艺形成有两个彼此面对的第三反射面223和第四反射面224。需要注意的是，第一模块10中的夹具11和第二模块20中的夹具21完全相同，而且第一模块10和第二模块20中的各个部件均关于AA轴完全镜像对称布置，使用时两者同步旋转，旋转角度相同，方向相反。在图1中，低能量分辨的入射X光I分别依次经过第一反射面123、第二反射面124、第三反射面223和第四反射面224的四次反射后，变为高能量分辨率的出射X光I’。出射X光I’相对于入射X光I光路方向不变，能量分辨率大巾畐提尚。
[0029]图2为以第一晶体12为例的本