一種用于四晶單色器的晶體組件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及光學(xué)試驗(yàn)的一種輔助裝置，更具體地涉及X射線高能量分辨四晶單色器中所用的晶體組件。
【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(kāi)展其它光源無(wú)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(guò)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(guò)。雙晶單色器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，較易實(shí)現(xiàn)，但是出射光高程會(huì)有變化，不能加裝在已有的光束線上。而采用四晶單色器可以補(bǔ)償出射光的高程變化，采用溝道切割工藝可以自動(dòng)保證反射面的平行性。
[0004]現(xiàn)有的溝道切割晶體一般用鍺的低指數(shù)面做反射面，能量分辨率較低。如果用硅的高指數(shù)晶面做反射面，會(huì)得到較高的能量分辨率。但此時(shí)，首先必須保證晶體反射晶面的高度平整，減少重力引起的反射面變形；其次，晶體的夾持裝置在夾持晶體時(shí)需要保持穩(wěn)固而不能引起晶體反射面的變形；同時(shí)，通常情況下具有高運(yùn)動(dòng)精度的晶體運(yùn)動(dòng)控制器往往負(fù)載較小，這意味著還要求晶體和夾具的重心需要非常接近控制器的軸心。因此如何設(shè)計(jì)晶體的結(jié)構(gòu)及其夾持機(jī)構(gòu)將是同福輻射實(shí)驗(yàn)中非常重要的環(huán)節(jié)。
[0005]溝道切割晶體在現(xiàn)有的商業(yè)化設(shè)備中已有使用，但根據(jù)功能要求不同所使用的晶體形狀也各不一樣。國(guó)際上使用溝道切割晶體做單色器的組織都有自己獨(dú)特的晶體設(shè)計(jì)方案，但這些方案一般只使用硅的某一個(gè)特定的高指數(shù)晶面做反射面，比如，美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ANL)的先進(jìn)光子源(APS)的3ID高能量分辨模式的能量范圍僅有20個(gè)電子伏。至于國(guó)內(nèi)，尚沒(méi)有應(yīng)用溝道切割晶體做高能量分辨單色器晶體的先例。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的是提供一種用于四晶單色器的晶體組件，從而提供能量適用范圍更大的晶體以便于進(jìn)行同步輻射相關(guān)實(shí)驗(yàn)。
[0007]本實(shí)用新型提供的用于四晶單色器的晶體組件，該組件包括:第一模塊和第二模塊，第一模塊和第二模塊完全鏡像對(duì)稱布置；第一模塊包括第一晶體、第一夾具以及第一底板，第一晶體具有晶體本體、第一上晶塊和第一下晶塊，晶體本體具有平整的正面，第一上晶塊和第一下晶塊從正面向外凸出且分別位于晶體本體的中心軸的兩側(cè)，第一上晶塊的下表面形成為平整的第一反射面，第一下晶塊的上表面形成為平整的第二反射面，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長(zhǎng)度相等；第一夾具夾持固定第一晶體；第一底板與第一夾具固定連接；第一模塊的重心形成為第一模塊的旋轉(zhuǎn)中心，其位于晶體本體的中心軸上。
[0008]晶體本體為立方體，晶體本體上還設(shè)置有在同一平面內(nèi)對(duì)置的兩個(gè)卡槽，卡槽所在的平面平行于第一反射面并且分別從晶體本體相對(duì)的側(cè)面向晶體本體內(nèi)部凹陷。
[0009]第一上晶塊和第一下晶塊為立方體，第一上晶塊和第一下晶塊的邊緣分別與晶體本體相對(duì)的側(cè)面齊平，第一上晶塊的頂部與其中一個(gè)卡槽的下邊緣齊平，第一上晶塊的下表面形成第一反射面，第一下晶塊的上表面形成為第二反射面，第一下晶塊的下表面與晶體本體的底面齊平。
[0010]第一夾具包括矩形主板、矩形頂板和牙板，主板和頂板一體成型且相互垂直布置，頂板從主板的大面的上部向外凸出，牙板設(shè)置于主板的大面底部且垂直于牙板，牙板位于同一平面內(nèi)，兩個(gè)牙板分別與主板的相對(duì)的兩個(gè)側(cè)面齊平，兩個(gè)牙板對(duì)應(yīng)的卡入第一晶體的兩個(gè)卡槽內(nèi)。
[0011]頂板的上部設(shè)置有平行于主板的兩個(gè)螺紋通孔，頂板的側(cè)面設(shè)置有垂直于主板的兩個(gè)螺紋通孔，螺紋通孔互不相通。
[0012]底板為矩形板，底板的上部設(shè)置有與頂板側(cè)面的螺紋通孔對(duì)應(yīng)的通孔，底板和夾具通過(guò)將螺絲插入通孔內(nèi)固定，第一底板中間設(shè)置有以正方形陣列布置的四個(gè)沉降孔。
[0013]第一晶體和頂板之間還設(shè)置有墊板，螺絲穿過(guò)頂板頂部的螺紋通孔抵觸墊板。
[0014]第一反射面的長(zhǎng)度為17mm，第二反射面的長(zhǎng)度為17mm，第一反射面和第二反射面之間的間距為1mm0
[0015]晶體本體的長(zhǎng)、寬、高分別為34mm、10mm、38mm，第一模塊的重心與晶體本體的底面之間的距離為23mm，重心與晶體本體的兩個(gè)相對(duì)的側(cè)面之間的距離均為17mm。
[0016]夾具、底板、螺絲以及墊板均為201#退火不銹鋼。
[0017]卡槽的寬度與晶體本體的寬度相同，高度為2mm，深度為1mm ;第一上晶塊的長(zhǎng)度為17mm，寬度為8mm，高度為8mm ;第一下晶塊的長(zhǎng)度為17mm，寬度為8mm，高度為8mm。
[0018]頂板的長(zhǎng)度為34mm，寬度為12mm，厚度為1mm ;兩個(gè)牙板的厚度均為1.9mm，寬度均為10mm，長(zhǎng)度為9.8mm，兩個(gè)牙板之間的間距為14.4mm，牙板與頂板的間距為12.3mm。
[0019]底板為矩形板，其長(zhǎng)度、寬度、厚度分別為65.lmm、34mm、8mm。
[0020]本實(shí)用新型所述的用于高分辨四晶單色器的用于四晶單色器的晶體組件具有以下優(yōu)點(diǎn):晶體可使用硅(333)和硅(555)晶面做反射面，適用的能量范圍大，硅(333)可適用8-20keV，硅(555)適用10_20keV ;晶體因自重引起的反射面變形較??；夾具夾持不會(huì)使反射面變形；裝置的重心在晶體的中軸線上。本實(shí)用新型的體積小巧，重量和成本都比較低。本實(shí)用新型的各反射面的有效長(zhǎng)度相同且相對(duì)較長(zhǎng)，設(shè)備可靠性較高。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的用于四晶單色器的晶體組件的布置示意圖；
[0022]圖2為根據(jù)圖1的溝道切割晶體的設(shè)計(jì)原理圖；
[0023]圖3是根據(jù)圖1的組件的第一模塊的爆炸示意圖；
[0024]圖4是根據(jù)圖3的組件的第一晶體的立體示意圖；
[0025]圖5是根據(jù)圖3的組件的夾具的立體示意圖；
[0026]圖6是根據(jù)圖3的組件的底板的立體示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]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(shuō)明。應(yīng)理解，以下實(shí)施例僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型而非用于限制本實(shí)用新型的范圍。
[0028]圖1為本實(shí)用新型的用于高分辨四晶單色器的晶體組件的布置示意圖，由圖1可知，本實(shí)用新型的組件包括關(guān)于AA軸鏡像對(duì)稱布置的第一模塊10和第二模塊20，其中，第一模塊10具有夾具11、第一晶體12和螺絲13，第一晶體12通過(guò)螺絲13固定于夾具11上，第一晶體12通過(guò)溝道切割工藝形成有兩個(gè)彼此面對(duì)的第一反射面123和第二反射面124 ;同樣地，第二模塊20具有夾具21、第二晶體22和螺絲23，第二晶體22通過(guò)螺絲23固定于夾具21上，第二晶體22通過(guò)溝道切割工藝形成有兩個(gè)彼此面對(duì)的第三反射面223和第四反射面224。需要注意的是，第一模塊10中的夾具11和第二模塊20中的夾具21完全相同，而且第一模塊10和第二模塊20中的各個(gè)部件均關(guān)于AA軸完全鏡像對(duì)稱布置，使用時(shí)兩者同步旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度相同，方向相反。在圖1中，低能量分辨的入射X光I分別依次經(jīng)過(guò)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，變?yōu)楦吣芰糠直媛实某錾鋁光I’。出射X光I’相對(duì)于入射X光I光路方向不變，能量分辨率大巾畐提尚。
[0029]圖2為以第一晶體12為例的本