專利名稱：低能段x射線的高次諧波抑制裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種高次諧波抑制裝置，具體涉及一種用于XAFS(X射線吸收精細結構)光束線站的低能段X射線的高次諧波抑制裝置。
背景技術：
XAFS光束線站是上海光源首批建設的七條光束線站之一，主要用于XAFS實驗。 XAFS實驗對光譜的純度要求很高。抑制晶體單色器的高次諧波含量，是得到高純度光譜的有效方法。當單色器采用Si(Ill)或Si (311)晶體時可消除2次諧波，但是奇數次諧波并未得到抑制。事實上，更高次的諧波含量很少，只要抑制3次諧波即可滿足實驗要求。對于光子能量較高的X射線，在聚焦模式下，光路中已有的準直鏡和聚焦鏡可以起到低通濾波器的作用，例如當光子能量大于12keV時，高次諧波含量小于10_4 ;在非聚焦模式下，可用雙晶失諧來抑制高次諧波，例如當光子能量為IOkeV且失諧角達到O. 005° 時，3次諧波含量小于2 X 10_4，光通量損失不到20%。但當光子能量較低時，現有的準直鏡和聚焦鏡不足以抑制高次諧波，因為采用準直鏡和聚焦鏡進行諧波抑制的原理是利用了 X射線的全反射，這種方法基波損失較小，但是由于X光在準直鏡和聚焦鏡上的入射角較小，只能濾去高能段(12 22. 5keV)的高次諧波，低能段(3. 5 12keV)的高次諧波無法抑制去除；而采用雙晶失諧法抑制諧波的原理是利用了不同能量的達爾文(Darwin)寬度的差異，當光子能量較低時，該方法雖然對高次諧波抑制仍有一定作用，但是由于Darwin寬度變大，要求失諧角大，運行不便，并且這種方法在去除高次諧波的同時也濾去了一部分基波，光強損失較大。
發明內容
本發明的目的是提供一種低能段X射線的高次諧波抑制裝置，有效抑制低能段X 射線的高次諧波，為XAFS光束線站提供高純度光譜。基于上述目的，本發明所采用的技術方案為—種低能段X射線的高次諧波抑制裝置，包括具有X射線入口和出口的真空鏡箱； 設置在X射線入口和出口之間的至少一塊反射鏡，所述反射鏡表面具有至少一個用于接收并反射X射線的反射區；用于夾持反射鏡的夾持機構；以及連接在夾持機構下方的調整機構。所述調整機構包括用于安裝夾持機構的安裝平臺和呈等腰三角形分布在安裝平臺下方的三個豎直運動機構，每個豎直運動機構包括一豎直導軌以及沿該豎直導軌運動的調整聯動組件，調整聯動組件與安裝平臺相連。所述至少一塊反射鏡包括平行且相對設置的兩反射鏡。所述兩反射鏡交錯二分之一長度設置。所述夾持機構包括兩夾持槽和位于兩夾持槽之間的墊片，兩反射鏡分別固定在兩夾持槽中。
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所述夾持槽由鋁合金板制成。所述每個反射鏡表面具有沿垂直于X射線的方向依次排列的至少兩個反射區，兩反射鏡上的反射區--對應。所述至少兩個反射區包括Si、Ni和Rh反射區。所述夾持機構和所述安裝平臺之間設有切換機構。所述切換機構包括沿反射區排列方向延伸的水平導軌以及沿該水平導軌運動的切換聯動組件，切換聯動組件與夾持機構相連。所述切換機構由位于真空鏡箱中的波紋管密封。所述調整聯動組件和切換聯動組件分別通過電機與ー控制機構相連。所述豎直運動機構進一歩包括與控制機構相連的光柵尺。所述切換機構進ー步包括與控制機構相連的位置開關。所述真空鏡箱的表面設有觀察窗。所述真空鏡箱與一離子泵相連。所述真空鏡箱安裝在鏡箱支架上。所述鏡箱支架底部設有帶有調整螺絲的支腳。本發明的低能段X射線的高次諧波抑制裝置，通過調整機構調整真空鏡箱中的至少ー塊反射鏡的位置和角度，利用該反射鏡表面的反射區進行至少一次反射，去除經過單色器的低能段X射線的高次諧波，從而為XAFS光束線站提供高純度光譜。
圖I是本發明的低能段X射線的高次諧波抑制裝置的坐標系示意圖，其中空心箭頭代表X射線的入射方向；圖2是本發明的低能段X射線的高次諧波抑制裝置的結構示意圖，其中空心箭頭代表X射線的入射方向；圖3是本發明的低能段X射線的高次諧波抑制裝置的反射區示意圖；圖4是本發明的低能段X射線的高次諧波抑制裝置的光路示意圖；圖5是本發明的低能段X射線的高次諧波抑制裝置的平移切換機構示意圖。
具體實施例方式下面根據附圖，給出本發明的較佳實施例，并予以詳細描述，使能更好地理解本發明的功能、特點。如圖I所示，本發明低能段X射線的高次諧波抑制裝置坐標系定義將延續入射X 射線的定義方式。Y軸是沿X射線入射方向的水平坐標軸；Z軸是垂直于X射線所在水平面， 方向向上的坐標軸；X軸是在X射線所在水平面內，垂直于X射線的坐標軸。圍繞坐標軸的正旋轉方向滿足右手定則，其中投角(Pitch Rotation)為繞X軸轉動(0 x)的角度；滾角 (Roll Rotation)為繞Y軸轉動(0 y)的角度；擺角(Yaw Rotation)為繞Z軸轉動(0 z) 的角度。如圖2所示，本發明的高次諧波抑制裝置包括具有X射線入口 I和出口 2的真空鏡箱3，設置在X射線入口 I和出口 2之間的至少ー塊反射鏡，本實施例中示出為平行且相對設置的第一反射鏡4和第二反射鏡5，如圖4所示，經過單色器后的低能段X射線經過反射鏡4、5的兩次反射，去除其中的高次諧波，保留其中的一次波。其中，反射面向上放置的第一反射鏡4略窄，尺寸為260mmX70mmX30mm，反射面向下放置的第二反射鏡略寬，尺寸為260mmX83mmX30mm，這主要是為了使反射面向下設置的第二反射鏡在安裝時便于夾持，
防止滑落。如圖3所示，每個反射鏡表面具有至少ー個用于接收并反射X射線的反射區，本實施例中示出為沿著垂直于X射線的方向(即X軸方向)依次排列的三個反射區6、7、8， 分別為Si、Ni和Rh反射區，每個反射區的有效尺寸為240mmX20mm。其中，不同反射區用于不同能量范圍的X射線高次諧波抑制，Si反射區可用于3. 5-6. OkeV, Ni反射區可用于
5.5-8. OkeVjRh反射區可用于6. 5_12keV。當然，根據需要進行高次諧波抑制的X射線的能量范圍，反射區的數量、材料也可以相應調整，例如僅采用ー個或兩個反射區。本發明的高次諧波抑制裝置還包括，用于夾持反射鏡4、5的夾持機構，該晶體夾持機構包括由鋁合金板制成的兩夾持槽9和位于兩夾持槽9之間的墊片(未示出)，兩反射鏡分別裝入夾持槽中并由螺栓固定，保證兩反射鏡平行且相對設置，兩反射鏡上的反射區
--對應，墊片用于確定和保持兩反射鏡的間距，本實施例中采用0. 6mm標準厚度墊片，也
就是說，兩反射鏡的間距為0. 6_。優選地，兩反射鏡交錯二分之ー長度放置，這種排列也叫潛望鏡式排列，其優點是，直通光和雜散光無法通過，提高了信噪比，降低了探測極限；同時，通過兩反射鏡交錯二分之一放置，也可縮小鏡箱沿反射鏡長度方向的尺寸，對真空、加 エ制造及成本控制都有好處；由于兩反射鏡的姿態相對固定，使反射鏡的調試更加簡單。本發明的高次諧波抑制裝置還包括，連接在夾持機構下方的調整機構。該調整機構包括用于安裝夾持機構的安裝平臺10和呈等腰三角形分布在安裝平臺10下方的三個豎直運動機構(其中一個豎直運動機構未示出)，每個豎直運動機構包括ー豎直導軌(未示出)以及沿該豎直導軌運動的調整聯動組件11，調整聯動組件11與安裝平臺10相連。三個豎直運動機構可單獨運動，也可同時運動，從而帶動位于安裝平臺10上的夾持機構并進一步帶動安裝在夾持機構中的反射鏡4、5實現豎直方向(即Z軸方向)上的升降以及投角、 滾角的調整。為實現不同反射區的切換，本發明的高次諧波抑制裝置進ー步包括，連接在夾持機構和安裝平臺之間的切換機構12。該切換機構12結構如圖5所示，其包括沿反射區排列方向(即X軸方向)延伸的水平導軌(未示出)以及沿該水平導軌運動的切換聯動組件 13，切換聯動組件13與夾持機構相連以帶動安裝在夾持機構中的反射鏡4、5實現水平方向 (即X軸方向)上的移動，從而實現不同反射區的切換。為了與鏡箱內的高真空狀態隔離開，整個切換機構12處于波紋管14的密封之中。為實現調整機構和切換機構的電動控制，本發明的高次諧波抑制裝置進ー步包括控制機構(未示出)，每個調整聯動組件11通過調整電機15與控制機構相連，切換聯動組件13通過切換電機16與控制機構相連。豎直運動機構進ー步包括與控制機構相連的光柵尺17，便于對各個豎直運動機構的運動情況進行監控和調整，切換機構進ー步包括與控制機構相連的位置開關(未示出)， 當反射鏡4、5每平移切換到ー個反射區時，相應的位置開關將給出相應指示。另外，真空鏡箱的表面設有觀察窗18，用于觀察反射鏡姿態及光束的位置。
真空鏡箱與離子泵19相連，用于實現真空鏡箱內的超高真空環境。真空鏡箱安裝于鏡箱支架20上，該鏡箱支架具有隔振功能，鏡箱支架的高度及姿態可以通過底部支腳21上的調整螺絲進行調整。下面對本發明的高次諧波抑制裝置的工作狀態做進一步說明。實驗狀態下，本發明的高次諧波抑制裝置通常設置在光束線末端，X射線固定以 5mrad入射到高次諧波抑制裝置上。XAFS光束線有聚焦和非聚焦兩種工作模式，兩種工作模式光的高度差為33. 6mm,高次諧波抑制裝置可通過調整機構進行縱向(即沿Z軸)移動以實現兩種工作模式的切換；兩種工作模式下，在高能區均不需使用本發明的高次諧波抑制裝置，因此需將其從光路移開，在低能區，高次諧波抑制裝置可通過切換機構進行水平 (即沿X軸)移動切換到三種不同的反射層，以實現不同工作能區的切換。具體情況如下(I)聚焦模式，高能區(12 22. 5KeV) X射線的高次諧波已由準直鏡和聚焦鏡去除，不需使用高次諧波抑制裝置。(2)聚焦模式，低能區(3. 5-12. OkeV) :X射線的高次諧波無法由準直鏡和聚焦鏡去除，需要使用高次諧波抑制裝置，其中Si反射區用于3. 5-6. OkeV, Ni反射區用于 5. 5-8. OkeV, Rh 反射區用于 6. 5_12keV。(3)非聚焦模式，高能區(12 50KeV) X射線的高次諧波由晶體失諧去除，不需使用高次諧波抑制裝置。(4)非聚焦模式，低能區(3. 5-12. OkeV) :X射線的高次諧波無法由晶體失諧去除，需要使用高次諧波抑制裝置，同樣地，Si反射區用于3. 5-6. OkeV, Ni反射區用于 5. 5-8. OkeV, Rh 反射區用于 6. 5_12keV。以上所述的，僅為本發明的較佳實施例，并非用以限定本發明的范圍，本發明的上述實施例還可以做出各種變化。即凡是依據本發明申請的權利要求書及說明書內容所作的簡單、等效變化與修飾，皆落入本發明專利的權利要求保護范圍。
權利要求
1.一種低能段X射線的高次諧波抑制裝置，其特征在于，包括具有X射線入口和出口的真空鏡箱；設置在X射線入口和出口之間的至少一塊反射鏡，所述反射鏡表面具有至少一個用于接收并反射X射線的反射區；用于夾持反射鏡的夾持機構；以及連接在夾持機構下方的調整機構。
2.如權利要求I所述的低能段X射線的高次諧波抑制裝置，其特征在于，所述調整機構包括用于安裝夾持機構的安裝平臺和呈等腰三角形分布在安裝平臺下方的三個豎直運動機構，每個豎直運動機構包括一豎直導軌以及沿該豎直導軌運動的調整聯動組件，調整聯動組件與安裝平臺相連。
3.如權利要求2所述的低能段X射線的高次諧波抑制裝置，其特征在于，所述至少一塊反射鏡包括平行且相對設置的兩反射鏡。
4.如權利要求3所述的低能段X射線的高次諧波抑制裝置，其特征在于，所述兩反射鏡交錯二分之一長度設置。
5.如權利要求4所述的低能段X射線的高次諧波抑制裝置，其特征在于，所述夾持機構包括兩夾持槽和位于兩夾持槽之間的墊片，兩反射鏡分別固定在兩夾持槽中。
6.如權利要求5所述的低能段X射線的高次諧波抑制裝置，其特征在于，所述夾持槽由鋁合金板制成。
7.如權利要求3所述的低能段X射線的高次諧波抑制裝置，其特征在于，所述每個反射鏡表面具有沿垂直于X射線的方向依次排列的至少兩個反射區，兩反射鏡上的反射區一一對應。
8.如權利要求7所述的低能段X射線的高次諧波抑制裝置，其特征在于，所述至少兩個反射區包括Si、Ni和Rh反射區。
9.如權利要求7或8所述的低能段X射線的高次諧波抑制裝置，其特征在于，所述夾持機構和所述安裝平臺之間設有切換機構。
10.如權利要求9所述的低能段X射線的高次諧波抑制裝置，其特征在于，所述切換機構包括沿反射區排列方向延伸的水平導軌以及沿該水平導軌運動的切換聯動組件，切換聯動組件與夾持機構相連。
11.如權利要求10所述的低能段X射線的高次諧波抑制裝置，其特征在于，所述切換機構由位于真空鏡箱中的波紋管密封。
12.如權利要求11所述的低能段X射線的高次諧波抑制裝置，其特征在于，所述調整聯動組件和切換聯動組件分別通過電機與一控制機構相連。
13.如權利要求12所述的低能段X射線的高次諧波抑制裝置，其特征在于，所述豎直運動機構進一步包括與控制機構相連的光柵尺。
14.如權利要求12所述的低能段X射線的高次諧波抑制裝置，其特征在于，所述切換機構進一步包括與控制機構相連的位置開關。
15.如權利要求I所述的低能段X射線的高次諧波抑制裝置，其特征在于，所述真空鏡箱的表面設有觀察窗。
16.如權利要求I所述的低能段X射線的高次諧波抑制裝置，其特征在于，所述真空鏡箱與一離子泵相連。
17.如權利要求I所述的低能段X射線的高次諧波抑制裝置，其特征在于，所述真空鏡箱安裝在鏡箱支架上。
18.如權利要求16所述的低能段X射線的高次諧波抑制裝置，其特征在于，所述鏡箱支架底部設有帶有調整螺絲的支腳。
全文摘要
本發明提供一種低能段X射線的高次諧波抑制裝置，包括具有X射線入口和出口的真空鏡箱；設置在X射線入口和出口之間的至少一塊反射鏡，所述反射鏡表面具有至少一個用于接收并反射X射線的反射區；用于夾持反射鏡的夾持機構；以及連接在夾持機構下方的調整機構。本發明的低能段X射線的高次諧波抑制裝置，通過調整機構調整真空鏡箱中的至少一塊反射鏡的位置和角度，利用該反射鏡表面的反射區進行至少一次反射，去除經過單色器的低能段X射線的高次諧波，從而為XAFS光束線站提供高純度光譜。
文檔編號G02F1/35GK102591092SQ201210074150
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月20日 優先權日2012年3月20日
發明者傅遠, 姜政, 李麗娜, 薛松, 魏向軍, 黃宇營 申請人:中國科學院上海應用物理研究所