一种脉冲式软X射线标定用单色器的制作方法

本发明涉及软x射线脉冲标定系统及其周边配套设备技术领域，特别是涉及一种脉冲式软x射线标定用单色器。

背景技术：

x射线二极管(xrd)等探测器是激光惯性约束聚变定量实验的重要设备，主要用于获得黑腔辐射谱、辐射温度等关键物理量。辐射驱动惯性约束聚变研究中，黑腔辐射软x射线光谱的准确测量依赖于多通道xrd谱仪能谱响应特性的精准标定、解谱算法。然而，当前xrd探测器标定的通用光源采用的是同步辐射光源，该标定源存在两个天然的缺陷：1)同步辐射用光时间有限，在一年中仅一次用光窗口时间，无法及时确认、验证xrd在激光惯性约束聚变实验中或实验后性能、状态是否发生变化；2)同步辐射光源是连续直流光源，而xrd的实验环境和测量对象是超强激光与物质作用产生的具有极强脉冲(ns脉冲)特征、x射线源大瞬态功率，即xrd标定源与实验测量对象差异大。基于强激光等离子体作用产生的强脉冲、高亮度、稳定性好等特点的标定光源，实现xrd标定条件与测量应用条件接近的目的，可提升xrd测量精度。

2007年，一些学者提出基于高功率激光神光ii激光装置，利用性能基本一致的两块多层镜作为色散元件，将激光打靶产生的连续x射线变成相同能量的单色光(4通道)，得到双通道强脉冲软x射线单色光，进而可实现xrd两个能点的标定。除了上述基于神光ii激光装置，利用滤片和多层镜结构实现双能点的强脉冲软x射线标定系统外，并没有其它有效的方式或方法。基于高功率激光神光ii激光装置，利用性能基本一致的两块多层镜作为色散元件，解决了同步辐射直流连续标定的问题，但其仍存在如下缺陷：1)该标定系统仅包含双对软x射线能点，涵盖能点范围窄，标定应用受到了限制；2)该标定系统以多层镜为色散元件，其能谱分辨率低(能谱分辨率<50)，对探测器精密标定具有一定的影响，从而影响实验结果的不确定度。

因此，如何改变现有技术中，软x射线脉冲标定过程中，涵盖能点范围窄、能谱分辨率低的现状，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种脉冲式软x射线标定用单色器，以解决上述现有技术存在的问题，提高软x射线脉冲标定的工作效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种脉冲式软x射线标定用单色器，包括：

模拟靶组件，所述模拟靶组件包括模拟靶点和固定法兰，所述模拟靶点能够固定光源，所述模拟靶点设置于支柱上，所述支柱与所述固定法兰相连，所述支柱与所述固定法兰之间的间距能够调节，所述固定法兰的轴线与所述支柱的轴线相垂直；

锥形筒组件，所述锥形筒组件包括顺次相连的第一锥形筒、第二锥形筒、屏蔽筒和转接直筒，所述第一锥形筒和所述第二锥形筒的锥度相同，所述第一锥形筒连接所述固定法兰和所述第二锥形法兰，所述第一锥形筒和所述第二锥形筒之间设置固定光阑，所述第一锥形筒内部设置第一直管，所述第二锥形筒内部设置第二直管，所述第一直管与所述第二直管同轴设置，所述固定光阑设置于所述第一直管和所述第二直管之间，所述第二直管远离所述第一直管的一端与所述屏蔽筒相连，所述转接直筒的一端与所述屏蔽筒相连，所述第二直管与所述转接直筒相连通；

波纹管法兰组件，所述波纹管法兰组件包括连接法兰、安装法兰和球头调节机构，所述连接法兰和所述安装法兰之间设置金属波纹管，所述连接法兰通过靶室法兰与所述屏蔽筒相连，所述靶室法兰套装于所述屏蔽筒的外部，所述球头调节机构设置于所述金属波纹管的内部，所述球头调节机构连接所述连接法兰和所述安装法兰，所述球头调节机构包括相抵接的凸球部和凹球部，所述凸球部与所述连接法兰相连，所述凹球部与所述安装法兰相连，所述凸球部与所述凹球部转动连接；

二十面锥体组件，所述二十面锥体组件包括锥体本体和后端面法兰，所述后端面法兰套装于所述锥体本体的外部，所述安装法兰与所述后端面法兰相连，所述连接法兰与所述后端面法兰之间设置调节螺杆，所述调节螺杆的两端分别与所述连接法兰、所述后端面法兰相连，所述安装法兰与所述后端面法兰相连，所述调节螺杆的长度能够调节，所述锥体本体的外周面上设置20个安装位，所述安装位设置镜片安装组件，所述镜片安装组件上设置有能够反射光线的镜片，所述镜片为椭圆反射式波带片，所述后端面法兰具有20个安装孔，所述安装孔贯穿所述后端面法兰的侧壁，所述安装孔与所述安装位相适配且一一对应，所述锥体本体与所述后端面法兰相配合能够固定所述镜片安装组件；所述后端面法兰的内部设置连接凸台，所述转接直筒的另一端穿过所述凸球部与所述连接凸台相连，所述连接凸台上还设置准直杆，所述准直杆伸入所述转接直筒的内部，所述后端面法兰远离所述波纹管法兰组件的一端连接有连接管道，所述连接管道自所述后端面法兰朝向远离所述后端面法兰轴线的方向倾斜，所述连接管道的轴线与所述镜片的出射方向相一致，所述连接管道的数量与所述镜片安装组件的数量相一致且一一对应；

狭缝安装组件，所述狭缝安装组件包括相连的狭缝安装腔室和狭缝调节件，所述狭缝安装腔室与所述连接管道相连，所述狭缝调节件设置狭缝，所述狭缝调节件能够调节所述狭缝的宽度，所述狭缝安装腔室的另一端能够与xrd探测器相连。

优选地，所述模拟靶组件还包括滑轨和滑块，所述固定法兰与所述滑轨相连，所述支柱与所述滑块相连，所述滑块可滑动地设置于所述滑轨上。

优选地，所述滑轨上还设置限位挡块，所述限位挡块能够限制所述滑块的极限位置。

优选地，所述调节螺杆的数量为多个，多个所述调节螺杆周向均布。

优选地，所述调节螺杆为分体式结构，所述调节螺杆包括内螺纹段和两个外螺纹段，两个所述外螺纹段分别与所述内螺纹段的两端螺纹连接，所述外螺纹段与所述连接法兰或所述后端面法兰相连。

优选地，所述调节螺杆与所述后端面法兰相连的一端具有转动球和转动帽，所述转动球可转动地设置于所述转动帽内，所述转动球与所述调节螺杆相连，所述转动帽与所述后端面法兰相连。

优选地，所述连接法兰与所述后端面法兰之间还设置导向螺杆，所述导向螺杆的一端与所述连接法兰相连，所述导向螺杆的另一端穿过所述后端面法兰，所述导向螺杆的轴线与所述调节螺杆的轴线相平行；所述导向螺杆的数量为多个，多个所述导向螺杆周向均布。

优选地，所述镜片安装组件包括安装底座、滤片、压板和所述镜片，所述滤片竖直设置于所述安装座靠近所述波纹管法兰组件的一侧，所述镜片设置于所述安装底座上，所述压板将所述镜片压紧在所述安装底座上。

优选地，所述压板为u形，所述镜片设置于所述压板的开口中，所述压板通过紧定螺钉固定在所述安装底座上。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的脉冲式软x射线标定用单色器，包括模拟靶组件、锥形筒组件、波纹管法兰组件、二十面锥体组件和狭缝安装组件，本发明的单色器是能够线下安装、调试对准十对能点的单色器，并整体搬运、安装在神光iii原型激光装置，利用本发明的单色器的波纹管组件、模拟靶组件进行瞄准，基于ns束激光与黑腔靶作用产生强脉冲软x射线源，脉冲软x射线通过十对能点单色器产生二十通道十对能点的单色化的脉冲x射线源，一对单色化脉冲x射线源分别经过标准的xrd探测器和待标定的xrd探测器，利用示波器测量两个xrd探测获得的数据即可对比分析待测xrd探测器的能谱响应特性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的脉冲式软x射线标定用单色器的正视方向的剖切结构示意图；

图2为本发明的脉冲式软x射线标定用单色器的俯视方向的结构示意图；

图3为本发明的脉冲式软x射线标定用单色器的侧视方向的结构示意图；

图4为图1中a处的放大结构示意图；

图5为图1中b处的放大结构示意图；

图6为本发明的脉冲式软x射线标定用单色器的锥体本体的结构示意图；

图7为本发明的脉冲式软x射线标定用单色器的后端面法兰的结构示意图；

图8为本发明的脉冲式软x射线标定用单色器的后端面法兰的其他角度的结构示意图；

图9为本发明的脉冲式软x射线标定用单色器的镜片安装组件的结构示意图；

其中，1为模拟靶点，2为固定法兰，3为支柱，4为第一锥形筒，5为第二锥形筒，6为屏蔽筒，7为转接直筒，8为固定光阑，9为第一直管，10第二直管，11为连接法兰，12为安装法兰，13为球头调节机构，14为锥体本体，15为后端面法兰，16为镜片安装组件，17为调节螺杆，18为导向螺杆，19为连接管道，20为狭缝安装腔室，21为狭缝调节件，22为靶室法兰。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种脉冲式软x射线标定用单色器，以解决上述现有技术存在的问题，提高软x射线脉冲标定的工作效率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请参考图1-7，其中，图1图1为本发明的脉冲式软x射线标定用单色器的正视方向的剖切结构示意图，图2为本发明的脉冲式软x射线标定用单色器的俯视方向的结构示意图，图3为本发明的脉冲式软x射线标定用单色器的侧视方向的结构示意图，图4为图1中a处的放大结构示意图，图5为图1中b处的放大结构示意图，图6为本发明的脉冲式软x射线标定用单色器的锥体本体的结构示意图，图7为本发明的脉冲式软x射线标定用单色器的后端面法兰的结构示意图，图8为本发明的脉冲式软x射线标定用单色器的后端面法兰的其他角度的结构示意图，图9为本发明的脉冲式软x射线标定用单色器的镜片安装组件的结构示意图。

本发明提供一种脉冲式软x射线标定用单色器，包括：

模拟靶组件，模拟靶组件包括模拟靶点1和固定法兰2，模拟靶点1能够固定光源，模拟靶点1设置于支柱3上，支柱3与固定法兰2相连，支柱3与固定法兰2之间的间距能够调节，固定法兰2的轴线与支柱3的轴线相垂直。固定法兰2与第一锥形筒4相连，且设置定位止口和销钉孔，以确保固定法兰2与第一锥形筒4多次安装的重复精度。

锥形筒组件，锥形筒组件包括顺次相连的第一锥形筒4、第二锥形筒5、屏蔽筒6和转接直筒7，第一锥形筒4和第二锥形筒5的锥度相同，第一锥形筒4连接固定法兰2和第二锥形法兰，第一锥形筒4和第二锥形筒5之间设置固定光阑8，第一锥形筒4内部设置第一直管9，第二锥形筒5内部设置第二直管10，第一直管9与第二直管10同轴设置，固定光阑8设置于第一直管9和第二直管10之间，第二直管10远离第一直管9的一端与屏蔽筒6相连，转接直筒7的一端与屏蔽筒6相连，第二直管10与转接直筒7相连通。固定光阑8能够限制杂散光的通过，并保证有效光束通过，有效屏蔽杂散光干扰。

波纹管法兰组件，波纹管法兰组件包括连接法兰11、安装法兰12和球头调节机构13，连接法兰11和安装法兰12之间设置金属波纹管，连接法兰11通过靶室法兰22与屏蔽筒6相连，靶室法兰22套装于屏蔽筒6的外部，球头调节机构13设置于金属波纹管的内部，球头调节机构13连接连接法兰11和安装法兰12，球头调节机构13包括相抵接的凸球部和凹球部，凸球部与连接法兰11相连，凹球部与安装法兰12相连，凸球部与凹球部转动连接。

二十面锥体组件，二十面锥体组件包括锥体本体14和后端面法兰15，后端面法兰15套装于锥体本体14的外部，安装法兰12与后端面法兰15相连，连接法兰11与后端面法兰15之间设置调节螺杆17，调节螺杆17的两端分别与连接法兰11、后端面法兰15相连，安装法兰12与后端面法兰15相连，调节螺杆17的长度能够调节，锥体本体14的外周面上设置20个安装位，安装位设置镜片安装组件16，镜片安装组件16上设置有能够反射光线的镜片，镜片采用具有色散聚焦功能的椭圆反射式波带片，简称rzp，后端面法兰15具有20个安装孔，安装孔贯穿后端面法兰15的侧壁，安装孔与安装位相适配且一一对应，锥体本体14与后端面法兰15相配合能够固定镜片安装组件16；后端面法兰15的内部设置连接凸台，转接直筒7的另一端穿过凸球部与连接凸台相连，连接凸台上还设置准直杆，准直杆伸入转接直筒7的内部，后端面法兰15远离波纹管法兰组件的一端连接有连接管道19，连接管道19自后端面法兰15朝向远离后端面法兰15轴线的方向倾斜，连接管道19的轴线与镜片的衍射光线出射方向相一致，连接管道19的数量与镜片安装组件16的数量相一致且一一对应。

为了实现瞄准装调调节，设置了波纹管法兰组件，同时，设置球头调节机构13，利用调节螺杆17的长度可调，实现单色器轴线与谱仪的轴线同轴，以调节系统的光路准直，球头调节机构13的凸球部和凹球部能够发生相对转动，同时配合金属波纹管的拉伸和压缩，加之调节螺杆17的长度可调，使装置整体的轴线能够调节至与准直光路同轴，实现安装后的整体准直调节，球头调节机构13采用球面接触机构，有利于后续二十面锥体组件和狭缝安装组件的整体悬臂支撑。另外，后端面法兰15与连接管道19相连的面为倾斜面，保证安装后的连接管道19的轴线与反射光路同轴，后端面法兰15的外周面设置20个安装孔，方便20套镜片安装组件16安装完成后的单独调节及更换，镜片即色散元件，在本具体实施方式中，镜片为椭圆反射式波带片，另外，镜片的尺寸为60mm×12mm×6.35mm(长×宽×厚度)，有效工作区域50mm×10mm，20套镜片(分别对应10个能点)，镜片中心位置距离模拟靶点11650mm(物距)，镜片距离出射狭缝596mm(像距)，模拟靶点1与镜片中心连线与镜片表面呈1.3°(入射角)，出射光线与镜片表面呈4.1度(出射角)，锥体本体14的锥度与第一锥形筒4和第二锥形筒5的锥度相配合，满足软x射线脉冲标定需求。另外，在后端面法兰15内设置准直杆，是为了方便装置整体准直调节用。

狭缝安装组件，狭缝安装组件包括相连的狭缝安装腔室20和狭缝调节件21，狭缝安装腔室20与连接管道19相连，狭缝调节件21设置狭缝，狭缝调节件21能够调节狭缝的宽度，狭缝安装腔室20的另一端能够与xrd探测器相连。狭缝调节件21设置狭缝板，狭缝板上有不同缝宽的狭缝，可根据需要调节狭缝与光路之间的距离。

其中，模拟靶组件还包括滑轨和滑块，固定法兰2与滑轨相连，支柱3与滑块相连，为了方便支柱3与滑块相连，支柱3设置连杆，连杆的轴线与支柱3的轴线相垂直，连杆与滑块相连，滑块可滑动地设置于滑轨上，滑动滑块，以改变支柱3与固定法兰2之间的距离。

为避免滑块由滑轨上滑脱，滑轨上还设置限位挡块，限位挡块能够限制滑块的极限位置，提高调节安全性。

具体地，调节螺杆17的数量为多个，多个调节螺杆17周向均布，在调整装置整体的轴线使之能够与准直光路同轴的过程中，多个调节螺杆17轴向均布提高了调节精度。

在本具体实施方式中，调节螺杆17为分体式结构，调节螺杆17包括内螺纹段和两个外螺纹段，两个外螺纹段分别与内螺纹段的两端螺纹连接，调节两端外螺纹段旋进内螺纹段的深度即可达到调整调节螺杆17长度的目的，外螺纹段与连接法兰11或后端面法兰15相连。

调节螺杆17与后端面法兰15相连的一端具有转动球和转动帽，转动球可转动地设置于转动帽内，转动球与调节螺杆17相连，转动帽与后端面法兰15相连，与球头调节机构13同理，转动帽与转动球转动连接，便于装置整体准直调节，同时有利于后续部件的悬臂支撑，避免应力集中。

更具体地，连接法兰11与后端面法兰15之间还设置导向螺杆18，导向螺杆18的一端与连接法兰11相连，导向螺杆18的另一端穿过后端面法兰15，导向螺杆18的轴线与调节螺杆17的轴线相平行，在调节装置整体轴线与准直光路同轴的过程中，导向螺杆18能够避免装置各个部分的轴线发生偏移，提高调节效率；导向螺杆18的数量为多个，多个导向螺杆18周向均布。

进一步地，镜片安装组件16包括安装底座、滤片、压板和镜片，滤片竖直设置于安装座靠近波纹管法兰组件的一侧，镜片设置于安装底座上，压板将镜片压紧在安装底座上。为了便于调节镜片的高度，压板为u形，镜片设置于压板的开口中，压板通过紧定螺钉固定在安装底座上，调节紧定螺钉与安装底座的相对位置能够调整镜片的高度，镜片的四角均设置压板。

本发明的脉冲式软x射线标定用单色器，包括模拟靶组件、锥形筒组件、波纹管法兰组件、二十面锥体组件和狭缝安装组件，本发明的单色器是能够线下安装、调试对准十对能点的单色器，并整体搬运、安装在神光iii原型激光装置，利用本发明的单色器的波纹管组件、模拟靶组件进行瞄准，基于ns束激光与黑腔靶作用产生强脉冲软x射线源，脉冲软x射线通过十对能点单色器产生二十通道十对能点的单色化的脉冲x射线源，一对单色化脉冲x射线源分别经过标准的xrd探测器和待标定的xrd探测器，利用示波器测量两个xrd探测获得的数据即可对比分析待测xrd探测器的能谱响应特性。

利用上述参数，设置光源为高斯光源6σ＝200μm，利用x-lab光线追迹软件，5kev和20ev的能谱分辨率模拟结果，能谱分辨率均优于1000，本发明实现了二十通道高能谱分辨率、相同能谱分辨率单色化标定功能，当光源尺寸小于700μm时，能谱分辨率优于200。本发明的单色器，包含十对能点，涵盖20ev-5kev范围，极大的丰富了标定能谱范围，可用作二十通道高能谱分辨光谱仪，推广应用于激光惯性约束聚变黑腔辐射软x射线能谱测量。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。