一种四晶单色器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及同步辐射领域的实验装置，更具体地涉及同步辐射光束线中使用的一种高能量分辨率的四晶单色器。
【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，实现对入射光的单色化。只有入射X光满足布拉格条件时才会发生衍射，否则没有光出射。单色器就是根据这个原理制成的。
[0004]同步辐射装置的光束线一般用水冷或液氮冷却双晶单色器。使用硅(111)或(220)等低指数面做反射面，并在硅晶体的背后开槽，使用冷水或液氮带走入射光的热辐射。这种单色器需要在真空下使用，必须使用高真空腔体、真空运动控制器、分子栗、离子栗等，另外还需要水冷循环机组和液氮循环机组对晶体降温，结构非常复杂，成本较高，造价通常都在数百万元以上。由于单色器中两块晶体的运动控制机构既要满足在真空中使用，还需要负载结构复杂的晶体以防止夹持变形以及热变形，往往能量分辨率不高(约为2eV)，不能做高能量分辨单色器。光束线上的单色器一般采用这种分辨率不高的真空单色器。当实验需要能量分辨率较高的单色光时，采用在上述低分辨单色器后再加一个高分辨率的单色器来实现。目前，国内同步辐射装置使用的都是水冷或液氮冷却的真空双晶单色器，尚没有使用高能量分辨率的单色器的先例。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是提供一种四晶单色器，从而解决现有技术的双晶单色器能量分辨率不够高的问题。
[0006]本实用新型提供的四晶单色器，包括第一部分，第一部分包括第一晶体组件和运动控制组件，运动控制组件具有X向运动控制器、垫块、布拉格转轴控制器、旋转控制器、倾斜控制器、第一平移控制器、第二平移控制器以及晶体夹具，其中，X向运动控制器平行于布拉格转轴方向水平布置，垫块设置于X向运动控制器上方，布拉格转轴控制器设置于垫块上方，旋转控制器、倾斜控制器、第一平移控制器、第二平移控制器、晶体夹具以及晶体沿布拉格转轴方向依次设置于布拉格转轴控制器的转台上；第二部分，第二部分包括第二晶体组件以及与第一部分相同的所述运动控制组件；以及第一部分的第一晶体组件具有相互平行布置的第一晶体和第二晶体，第二部分的第二晶体组件具有相互平行布置的第三晶体和第四晶体，第一晶体和第二晶体分别与第三晶体和第四晶体完全镜像对称布置。
[0007]第一晶体、第二晶体、第三晶体以及第四晶体均为长方体状。
[0008]X向运动控制器的负载大于50kg，运动范围为±50毫米。
[0009]布拉格转轴与同步辐射的入射X光处于同一水平面上。
[0010]布拉格转轴控制器的旋转精度小于0.00017度每步，角度运动的行程为±2度。
[0011]旋转控制器的角度分辨率为0.002度，角度运动的行程为360度。
[0012]倾斜控制器的角度分辨率高于0.001度。
[0013]第一平移控制器和第二平移控制器分别垂直于布拉格转轴且互呈90度角布置。
[0014]本实用新型四晶单色器的结构简单而且能获得能量分辨率达0.1eV的单色光，相比于现有技术的双晶单色器，能量分辨率提高10倍以上。另外，本实用新型适用于各种形状的沟道切割晶体，而且可以根据实验条件的不同将本实用新型移入或移出光路，比如，若需要高能量分辨率的单色光则移入光路，若需要高通量的单色光则移出光路。
【附图说明】
[0015]图1是根据本实用新型所用的四晶单色器的晶体布置原理示意图；
[0016]图2是根据本实用新型的一个优选实施例的四晶单色器的侧视图，其中，布拉格转轴垂直于纸面方向；
[0017]图3是根据图2的四晶单色器的第一模块的立体示意图；
[0018]图4是图3的第一模块的爆炸示意图；
[0019]图5是根据图2的四晶单色器的第二模块的立体示意图。
【具体实施方式】
[0020]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。
[0021]图1为本实用新型的高能量分辨率的四晶单色器的晶体布置示意图，其中仅示出了第一晶体组件10以及第二晶体组件20，第一晶体组件10是由一整块的硅单晶经沟道切割方法制成的，第一晶体组件10包括表面相互平行的第一晶体11和第二晶体12，第一晶体11和第二晶体12均优选通过沟道切割工艺将第一晶体组件10的一部分切割为长方体状，长方体加工方便，而且受外界影响后变形平均，使用效果佳。由于晶体10是通过单块硅单晶切割而成，保证了第一晶体11和第二晶体12的(111)方向完全平行，即第一晶体11和第二晶体12上用于反光的晶面(333)或晶面(555)(晶面指数为333、555的晶面)完全平行。因此，第一晶体组件10在使用时不再需要分别调整第一晶体11和第二晶体12之间的相对状态，仅需整体旋转第一晶体组件10即可使两个反射面相对静止地同时旋转，从而达到选择能量的目的。第二晶体组件20同样由整块的硅单晶经沟道切割方法制成的，第二晶体组件20与第一晶体组件10关于AA轴完全镜像对称布置，第二晶体组件20包括表面相互平行的第三晶体21和第四晶体22，第三晶体21和第四晶体22与第一晶体11和第二晶体12形状大小完全相同，仅相对位置不同。这四个晶体以一定的角度组合，入射X光I分别经过第一晶体11、第二晶体12、第三晶体21和第四晶体22的反射后被单色化(即提高入射光的能量分辨率)，同时保证出射X光2与入射X光I的光路保持不变。该方法的实质是用晶体的布拉格衍射进行分光，出射光能量满足布拉格公式λ = 2nd sin Θ，其中，λ是出射光波长，η是衍射级数，d是晶面间距，Θ是入射角。单色器通过旋转Θ角的方式来选择出射光的能量。以(333)晶面做反射面的沟道切割单晶硅晶体为例，若要实现8-15keV范围内10meV的能量分辨率，需要单色器Θ角的分辨能力高于0.6秒，也就是高于2.9微弧度，这对运动控制器提出了非常高的要求。
[0022]如图1所示，以第一晶体11的反射层的表面为基准建立直角坐标系，其中，反射面的子午方向为坐标系的Y方向，弧矢方向为坐标系的X方向，法线方向为坐标系的Z方向，投角Θ为平行于YOZ平面内的倾角，滚角δ为平行于XOZ平面内的倾角，摆角ω为平行于XOY平面内的倾角。理想条件下，投角Θ即为入射X光I的入射角，应等于布拉格角，布拉格角为根据出射光能量和反射面镜面间距计算得出的固定值，滚角S和摆角ω均为零。通常旋转沟道切割晶体时，入射角会发生改变，当入射角改变为等于布拉格角时，才有出射光；入射角不等于布拉格角时，则没有出射光。但由于安装的误差和晶体变形等等因素的影响，这些角度通常会略有偏差。比如，投角Θ改变Δ Θ，直接导致入射角改变Δ Θ，不满足布拉格条件，则出射光能量有偏移或没有出射光。因为装置本身必备布拉格转轴(即Θ方向转轴X轴)，此误差可以补偿。若摆角ω改变△ ω角度，对入射角没有影响，也就是装置对摆角不敏感。若滚角S改变△ δ角度，入射角变为Θ '，根据立体几何知识可知sin Θ' =sin0cosS。对于30度的入射角来说，滚角δ误差0.18度，将使Θ误差0.6秒，即出射光