一种多波段晶体谱仪及其调节方法技术

本发明专利技术涉及一种多波段晶体谱仪，它包括晶体分光系统、激光辅助瞄准系统和靶室悬臂调节系统；与现有技术相比，本发明专利技术的优点为：相比于普通单晶谱仪，本发明专利技术利用锥状晶体基座设计，在有限的立体空间内，可获得三种甚至多种不同波段的X光能谱，在不牺牲能谱分辨率的前提条件下，大幅拓宽了单次实验下的能谱测量范围；相比于普通的晶体谱仪的针尖瞄准方式，本发明专利技术采用的激光辅助瞄准，在保证高瞄准可靠性的同时，简化了调节步骤，省去了针尖安装、取下等影响瞄准稳定性的步骤，节省了调整时间；采用暗盒座一体设计，整体光密性好，整个晶体外壳无任何机械连接部分，无任何缝隙，避免了机械加工时可能存在的缝隙漏光问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种晶体谱仪，具体涉及。
技术介绍
晶体谱仪是测量短波长辐射的线性谱和连续谱的重要仪器，它使人们能够在原子 尺度上去深入了解物质结构及高能密度物理条件下的物理过程。它是高能密度物理实验 研究领域当中应用最为广泛的也是最重要的诊断手段之一。晶体谱仪利用晶体中原子的 点阵进行光谱分析，晶体中原子间距与X光波长相近，当X光束的入射角满足晶体布拉格 (Bragg)条件时，在特定方向会产生强反射，最终不同入射角的连续谱在不同的方向上形成 不同波长的单色X射线，通过对高温等离子体辐射所产生的能谱进行分析，对于了解等离 子体状态参数、分析强场激光作用下的物理过程具有重要意义。 晶体谱仪是基于X光在晶体表面形成布拉格衍射原理，利用晶体中的原子点阵进 行光谱分析，其工作原理及光路图如附图1所示：靶点a处的X光，经狭缝板b照射到晶体 c表面，形成布拉格衍射，在底片d上形成等间距的平行平面，晶体中的原子组成各种有规 律排布的空间点阵，可分解为一些等间距的平行平面。若一束平行的相干光束沿着与晶面 的夹角为Θ的方向入射到晶面时，使得晶体原子内的电子受激振动而陈伟次级波的振源， 向各个方向发出与入射波同频率的次级波，这就是相干散射过程。当某些同相散射波满足 布拉格衍射条件λ i=2dsin Θ (n为衍射级数n=l，2, 3, . . . ； 2d为晶格常数；Θ为X光入 射角；λ为入射X光波长）时，散射波会就会构成强反射X光束，不同波长的光强反射角不 同，这样就通过晶体分光的方法分辨入射X光光谱。 在高能量密度物理实验当中，如何诊断超强激光产生高温稠密的等离子体状态， 是实验研究开展的重要基础。高温等离子体会发射X光谱，其中包含了大量的等离子体状 态参数信息。利用晶体谱仪等元件对辐射源进行解谱分析，结合一定的理论模型，从而获得 等离子体的信息，应用于各类高能密度物理实验研究。 传统的晶体谱仪即以单块大尺寸的平面晶体作为分光元件，其优点是结构设计简 单，测量精度高，测谱应用范围宽(可从IOOeV到十几个keV)。但在使用中也会存在诸多限 制。 衡量晶体谱仪性能的重要参数有能谱分辨率及摄谱范围，在传统的晶体谱仪中这 两个参数均受到辐射源尺寸、晶体性能、探测器接收面到晶体以及晶体到辐射源的距离影 响。对于同一种晶体来说，分光晶体的对应辐射源(假设为理想点源）所张立体角的大小决 定了能谱测量范围，如果在实验中需要获得较大的测谱范围，必须将晶体谱仪靠近辐射源。 但晶体与辐射源之间的距离减小，辐射源展宽带来的能谱展宽将导致能谱分辨率下降，高 能杂散信号也会显著增强，并会占据靶机构周围较大的空间，不利于大型综合实验当中的 光路设计排布。 除此，传统的晶体谱仪还存在以下不足：一方面整个设备大多采用机械连接，因而 设备的光密性不好，影响X光谱的测量；另一方面，传统晶体谱仪通常采用针尖瞄准的方 式，针尖的安装和取下费时，而且影响瞄准的精确性和稳定性。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种多波段晶体谱仪及其调节方 法，本专利技术简化了晶体谱仪的调节步骤、保证了较高的精度，大幅拓宽了单次实验下的能谱 测量范围。 为实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的： 一种多波段晶体谱仪，它包括晶体分光系统、激光辅助瞄准系统和靶室悬臂调节系 统； 所述晶体分光系统包括一个设有上底面的空心圆锥台外壳，所述上底面上设有狭缝 板，在该狭缝板的中心处设有狭缝板通孔，在狭缝板上径向设有狭缝，狭缝的背面设有金属 滤片，所述金属滤片将相对应的狭缝完全覆盖，在上底面上设有上底面通孔和上底面狭缝， 所述上底面通孔与狭缝板通孔相通并同轴设置，所述上底面狭缝与狭缝相对应设置， 所述空心圆锥台外壳围成的腔体包括第一腔体和第二腔体，所述第一腔体的下底面和 第二腔体的上底面之间设有凸块，所述凸块上设有遮光板，该遮光板与上底面狭缝相对应 设置； 所述空心圆锥台外壳的侧壁上开设有暗盒座，所述暗盒座与遮光板相对应设置，并且 暗盒座与第二腔体相通，在暗盒座的顶角均设有卡槽，所述暗盒座中卡设有暗盒，所述暗盒 的腔体中依次铺设有滤片框、底片和垫片，所述滤片框上贴有暗盒滤片，暗盒滤片置于底片 上，底片置于垫片上，暗盒上设有暗盒的光密封盖，在暗盒上设有暗盒滤片窗，所述暗盒滤 片窗朝向第二腔体内部，所述暗盒滤片朝向第二腔体内部； 所述晶体分光系统还包括套设在空心圆锥台外壳内的晶体基座，所述晶体基座上表面 设有分光晶体，分光晶体的上表面与晶体基座的上表面平行，在分光晶体周边卡设有带有 卡槽的晶体压板，所述晶体压板上设有固定孔，晶体压板的两条边上通过固定孔有侧向遮 光板，所述侧向遮光板包括左侧遮光板和右侧遮光板； 所述激光辅助瞄准系统包括激光器，所述激光器设置在激光器座中，所述激光器座通 过螺纹连接与环形内螺纹基座相连，所述环形内螺纹基座上设有过渡筒，所述过渡筒与环 形内螺纹基座相通并同轴设置，过渡筒上部设有激光定位杆，在激光定位杆上设有晶体挡 板，在激光定位杆的中部设有激光通孔，所述激光通孔与过渡筒相通并同轴设置，所述环形 内螺纹基座、过渡筒和激光定位杆均同轴设置，所述空心圆锥台外壳套设在在环形内螺纹 基座上，所述空心圆锥台外壳和环形内螺纹基座之间通过螺栓连接，所述激光器座的外部 设有接筒， 所述靶室悬臂调节系统包括三维调整机构和支架，靶室悬臂调节系统通过连接筒与激 光器座相连。 所述狭缝板为圆形。 所述狭缝的数量为3-6个，狭缝均匀分布在狭缝板上，所述狭缝的宽度为 0. 8-1. 2mm〇 所述狭缝板通孔的直径为I. 0mm。 所述第一腔体为空心圆锥台形腔体；第二腔体为空心圆锥台形腔体。 所述遮光板粘接在凸块上。 所述凸块为连续分布的圆环形凸台或间隔分布的凸点。 所述暗盒座为长方体槽状基座，暗盒为中空的长方体腔体。 所述晶体基座与中心轴线的夹角α为25-30°。 -种多波段晶体谱仪的调节方法，包括以下步骤： 第一步、将狭缝板3通过螺栓连接固定在上底面1上，在暗盒14的腔体中依次铺设有 滤片框141、底片15和垫片16,在滤片框141上贴有暗盒滤片，然后将暗盒滤片置于底片15 上，将底片15置于垫片16上，使暗盒滤片朝向第二腔体8内部； 第二步、将激光器安装到激光器座上，将靶室悬臂调节系统通过连接筒与激光器座相 连，在靶位放置定位小球，通过三维调整机构将晶体谱仪进行俯仰、左右两维转动调节和前 后调节，调整晶体谱仪姿态及对应到靶点的距离，打开激光器的激光电源，使激光依次穿过 过渡筒、激光定位杆，最终从狭缝板中心的狭缝板通孔射出，作为瞄准激光束，使狭缝板通 孔中射出的瞄准激光束照在定位小球上即可，由于机械部件已经保证激光出射位置在光轴 上，因此调节量很小。 本专利技术中狭缝5的个数、上底面狭缝51的个数、遮光板10的个数、暗盒座11的个 数、暗盒14的个数、分光晶体18的个数均为一一对应设置，即：当在狭缝板上设有3个狭缝 时、在上底面上对应设有3个上底面狭缝、每个狭缝对应设有一个遮光板，空心圆锥台外壳 的侧壁上开设有3个暗盒座，每个暗盒座上对应卡设有一个暗盒，在晶体基座上设有3块分 光晶体，依次类当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多波段晶体谱仪，其特征在于，它包括晶体分光系统、激光辅助瞄准系统和靶室悬臂调节系统；所述晶体分光系统包括一个设有上底面（1）的空心圆锥台外壳（2），所述上底面（1）上设有狭缝板（3），在该狭缝板（3）的中心处设有狭缝板通孔（4），在狭缝板（3）上径向设有狭缝（5），狭缝（5）的背面设有金属滤片（6），所述金属滤片（6）将相对应的狭缝（5）完全覆盖，在上底面（1）上设有上底面通孔（41）和上底面狭缝（51），所述上底面通孔（41）与狭缝板通孔（4）相通并同轴设置，所述上底面狭缝（51）与狭缝（5）相对应设置，所述空心圆锥台外壳（2）围成的腔体包括第一腔体（7）和第二腔体（8），所述第一腔体（7）的下底面和第二腔体（8）的上底面之间设有凸块（9），所述凸块（9）上设有遮光板（10），该遮光板（10）与上底面狭缝（51）相对应设置；所述空心圆锥台外壳（2）的侧壁上开设有暗盒座（11），所述暗盒座（11）与遮光板（10）相对应设置，并且暗盒座（11）与第二腔体（8）相通，在暗盒座（11）的顶角均设有卡槽（12），所述暗盒座（11）中卡设有暗盒（14），所述暗盒（14）的腔体中依次铺设有滤片框（141）、底片（15）和垫片（16），所述滤片框（141）上贴有暗盒滤片，暗盒滤片置于底片（15）上，底片（15）置于垫片（16）上，暗盒（14）上设有暗盒的光密封盖（13），在暗盒（14）上设有暗盒滤片窗（142），所述暗盒滤片窗（142）朝向第二腔体（8）内部，所述暗盒滤片朝向第二腔体（8）内部；所述晶体分光系统还包括套设在空心圆锥台外壳（2）内的晶体基座（17），所述晶体基座（17）上表面设有分光晶体（18），分光晶体（18）的上表面与晶体基座（17）的上表面平行，在分光晶体（18）周边卡设有带有卡槽的晶体压板（19），所述晶体压板（19）上设有固定孔（20），晶体压板（19）的两条边上通过固定孔（20）有侧向遮光板，所述侧向遮光板包括左侧遮光板（21）和右侧遮光板（22）；所述激光辅助瞄准系统包括激光器（23），所述激光器（23）设置在激光器座（24）中，所述激光器座（24）通过螺纹连接与环形内螺纹基座（25）相连，所述环形内螺纹基座（25）上设有过渡筒（26），所述过渡筒（26）与环形内螺纹基座（25）相通并同轴设置，过渡筒（26）上部设有激光定位杆（27），在激光定位杆（27）上设有晶体挡板（28），在激光定位杆（27）的中部设有激光通孔（29），所述激光通孔（29）与过渡筒（26）相通并同轴设置，所述环形内螺纹基座（25）、过渡筒（26）和激光定位杆（27）均同轴设置，所述空心圆锥台外壳（2）套设在在环形内螺纹基座（25）上，所述空心圆锥台外壳（2）和环形内螺纹基座（25）之间通过螺栓连接，所述激光器座（24）的外部设有接筒（30），所述靶室悬臂调节系统包括三维调整机构（31）和支架（32），靶室悬臂调节系统通过连接筒（30）与激光器座（24）相连。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：熊俊，贾果，王琛，王瑞荣，杨学东，安红海，方智恒，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31