一种利用同步辐射偏振性探测束流位置的探测器及方法技术

本发明专利技术公开了一种利用同步辐射偏振性探测束流位置的探测器及方法，本探测器包括真空腔体(3)，两所述铍窗(4)平行于同步辐射光束且对称地安装在真空腔体(3)上；磁流体传动机构(2)与真空腔体(3)连接，其中磁流体传动机构(2)的大气端与电机(7)相连，磁流体传动机构(2)的真空端与真空腔体(3)内的石墨单晶片(1)的夹持机构连接，用于调节和定位石墨单晶片(1)，使其与同步辐射光束呈45°角或负45°角，实现对同步辐射光束的直线σ偏振成分的衍射强度为零而对π偏振成分的衍射强度不为零，π偏振成分衍射经一铍窗(4)出射到对应的荧光板(5)上；可见光传感器(6)，用于观测和记录荧光板(5)上的发光图像。

【技术实现步骤摘要】
一种利用同步辐射偏振性探测束流位置的探测器及方法
本专利技术属于同步辐射
，涉及一种探测器，尤其涉及一种利用同步辐射偏振性探测束流位置的探测器及方法。
技术介绍
同步辐射光来自储存环中的高能电子束在弯铁(BendingMagnet)或插入件(InsertionDevices)的磁场中发生的偏转，光束通过光束线到达实验站供用户使用。对于同步辐射实验来说，光子束流的位置和角度的稳定性至关重要。因此，需要有能监测同步辐射光线位置的仪器----位置探测器。常见束流位置探测器是用一些材料的光电转换特性或者其他光学特性探测光束截面强度分布，确定光束的中心位置。另外，XBPM还可以在线监测束流的强度变化，监测光源的漂移和衰减量，为实验提供光源的实时的监测信息。常见的同步辐射束流位置探测器，按照探针结构大致分为探针型、刀片型、薄膜型和发光靶等类型。其中，发光型金刚石薄膜型束流位置探测器与本专利技术方案最为接近。比如在0.5mm厚的硅片上沉积30μm厚的金刚石多晶膜，再用离子束刻蚀工艺在硅衬片上刻出直径几个mm的圆孔，刻蚀掉圆孔中的硅衬底，使金刚石薄膜支撑在硅衬底上，形成金刚石多晶膜探测器。金刚石多晶膜被同步辐射直射后会发光，光斑强度与入射光强呈正相关，测量光斑强度的两维分布曲线，可获得入射的同步辐射光束截面形状和中心位置。如图1所示，CCD相机和光谱仪分别放置在真空腔两端，与金刚石多晶膜呈45°角，利用CCD相机或者光谱记录仪可以采集到束斑信息，从而分析得出光束截面的光强分布和中心光轴的坐标位置。传统的探丝类BPM一般适用于弯铁或者扭摆器的低功率束线的光束检测，通常需要对光束进行整体扫描，才可以标定束线光斑的中心，不适用于实时监测光斑位置。刀片型BPM和光电型金刚石薄膜BPM不可以承受高热负载，不能直接面对高功率同步辐射。这两类探测器都是通过探测信号的中心强度分布推测光轴的中心位置，会受到弯铁辐射或者是受插入件间隙(Gap)调节的影响。当无法看到这个中心或者看不出中心的分布时，这两类探测器就不能很好地监测束流位置。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的是提供一种利用同步辐射偏振性探测束流位置的探测器及方法，是一种可以监测同步辐射束流位置和强度的新型X射线位置探测器(X-rayBeamPositionMonitor，XBPM)。本专利技术的技术方案为：一种利用同步辐射偏振性探测束流位置的探测器，其特征在于，包括石墨单晶片1、真空腔体3、两个铍窗4、磁流体传动机构2、电机7、两个荧光板5、可见光传感器6；真空腔体3，用于隔绝真空与大气，提供同步辐射光束所需要的真空环境；两所述铍窗4平行于同步辐射光束且对称地安装在真空腔体3上；磁流体传动机构2与真空腔体3连接，其中磁流体传动机构2的大气端与电机7相连，磁流体传动机构2的真空端与真空腔体3内的石墨单晶片1的夹持机构连接，用于将电机7的转动扭矩传递到真空内调节和定位石墨单晶片1，使得石墨单晶片1与同步辐射光束呈45°角或负45°角，实现对同步辐射光束的直线σ偏振成分的衍射强度为零而对π偏振成分的衍射强度不为零，同步辐射光束的π偏振成分衍射经一铍窗4出射到对应的荧光板5上；可见光传感器6，用于观测和记录荧光板5上的发光图像。进一步的，所述石墨单晶片1的表面晶向为008。进一步的，所述石墨单晶片1上开设一小孔，同步辐射光束的中心光束穿过该小孔。进一步的，利用45°角衍射对偏振的选择性，通过检测电子轨道上下同步辐射的π偏振光监测同步辐射的位置，同时让开被使用的光锥中心的部分。一种利用同步辐射偏振性探测束流位置的方法，其步骤包括：1)将同步辐射光束入射到真空腔体3的真空环境；其中在真空腔体3上平行于同步辐射光束且对称地安装两铍窗；2)调整石墨单晶片1与同步辐射光束呈45°角，使得石墨单晶片1对同步辐射光束的直线σ偏振成分的衍射强度为零而对π偏振成分的衍射强度不为零；同步辐射光束的π偏振成分衍射经第一铍窗出射到第一荧光板上；然后观测和记录该第一荧光板上的发光图像，将该发光图像中两个亮斑之间的中央位置确定为光轴位置Z1；3)调整石墨单晶片1与同步辐射光束呈负45°角，使得石墨单晶片1对同步辐射光束的直线σ偏振成分的衍射强度为零而对π偏振成分的衍射强度不为零；同步辐射光束的π偏振成分衍射经第二铍窗出射到第二荧光板上；然后观测和记录该第二荧光板上的发光图像，将该发光图像中两个亮斑之间的中央位置确定为光轴位置Z2；4)将由对称分布的两块荧光板得到的Z1、Z2值做平均，确定光轴位置Z，比较Z值与几何测量的光轴高度，确定光轴高程与设计高度的偏差；5)监测第一荧光板或第二荧光板的发光图像，并将根据该发光图像中两亮斑计算的光轴位置与该偏差进行比对，确定当前时刻的光轴位置，从而实现在线实时监测。进一步的，通过磁流体传动机构2的大气端与电机7相连，磁流体传动机构2的真空端与真空腔体3内的石墨单晶片1的夹持机构连接，将电机7的转动扭矩传递到真空内调节和定位石墨单晶片1，使得石墨单晶片1与同步辐射光束呈45°角或负45°角，实现对同步辐射光束的直线σ偏振成分的衍射强度为零而对π偏振成分的衍射强度不为零。进一步的，在第一荧光板、第二荧光板贴上刻度线得到带刻度的荧光板并对两块荧光板的刻度校正一致。进一步的，通过一可转动可见光传感器6观测和记录第一荧光板、第二荧光板上的发光图像。进一步的，第一荧光板、第二荧光板距离光轴的距离相同，将Z1和Z2的平均值作为光轴位置Z。本专利技术是一种利用同步辐射光(SynchrotronRadiation，SR)的偏振特性，使用偏离中心光路的上下两个π偏振成分的强度来确定竖直方向光路中心位置，进而推测出光轴中心位置的方法。由于可以避开中心光路，也就避开了同步辐射的高功率密度区域，并且可以不干扰实验所要使用的中心光轴附近的光(中央可开孔)。本专利技术具有以下特点：1)本专利技术的束流位置探测器采用对同步辐射光源有良好透过性的单晶石墨薄片，利用其45度衍射的偏振特性为原理的位置监测探针。2)本装置利用了同步辐射光的偏振分布特性，筛选出竖直方向偏离中心光轴的π偏振成分作为探测信号光，保证通过中心光轴外部的测量得到中心光轴的位置。3)本装置原理上有别于通过中心强度拟合得到光轴中心位置信息的办法，而是利用上下方两个π偏振光斑，推测出光轴中心位置。不干扰轴心用光、不受其他杂散光信号的干扰。4)本装置使用置于束线外的两个对称放置的荧光板，通过观察两个荧光板上的光斑位置得出光轴中心，可以避开石墨单晶方位角对出射光纵向的影响，得到光轴真实的纵向位置。5)本装置使用外置可见光传感器(例如：CCD)记录荧光板上的束线位置信息，在采集光斑信息的同时，也可以采集到外置地标的位置信息，故而可以将所得位置信息和外置地标做比对，这是其他类型的XBPM所不具备的功能。与现有技术相比，本专利技术的积极效果本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用同步辐射偏振性探测束流位置的探测器，其特征在于，包括石墨单晶片(1)、真空腔体(3)、两个铍窗(4)、磁流体传动机构(2)、电机(7)、两个荧光板(5)、可见光传感器(6)；/n真空腔体(3)，用于隔绝真空与大气，提供同步辐射光束所需要的真空环境；/n两所述铍窗(4)平行于同步辐射光束且对称地安装在真空腔体(3)上；/n磁流体传动机构(2)与真空腔体(3)连接，其中磁流体传动机构(2)的大气端与电机(7)相连，磁流体传动机构(2)的真空端与真空腔体(3)内的石墨单晶片(1)的夹持机构连接，用于将电机(7)的转动扭矩传递到真空内调节和定位石墨单晶片(1)，使得石墨单晶片(1)与同步辐射光束呈45°角或负45°角，实现对同步辐射光束的直线σ偏振成分的衍射强度为零而对π偏振成分的衍射强度不为零，同步辐射光束的π偏振成分衍射经一铍窗(4)出射到对应的荧光板(5)上；/n可见光传感器(6)，用于观测和记录荧光板(5)上的发光图像。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用同步辐射偏振性探测束流位置的探测器，其特征在于，包括石墨单晶片(1)、真空腔体(3)、两个铍窗(4)、磁流体传动机构(2)、电机(7)、两个荧光板(5)、可见光传感器(6)；
真空腔体(3)，用于隔绝真空与大气，提供同步辐射光束所需要的真空环境；
两所述铍窗(4)平行于同步辐射光束且对称地安装在真空腔体(3)上；
磁流体传动机构(2)与真空腔体(3)连接，其中磁流体传动机构(2)的大气端与电机(7)相连，磁流体传动机构(2)的真空端与真空腔体(3)内的石墨单晶片(1)的夹持机构连接，用于将电机(7)的转动扭矩传递到真空内调节和定位石墨单晶片(1)，使得石墨单晶片(1)与同步辐射光束呈45°角或负45°角，实现对同步辐射光束的直线σ偏振成分的衍射强度为零而对π偏振成分的衍射强度不为零，同步辐射光束的π偏振成分衍射经一铍窗(4)出射到对应的荧光板(5)上；
可见光传感器(6)，用于观测和记录荧光板(5)上的发光图像。


2.如权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述石墨单晶片(1)的表面晶向为008。


3.如权利要求1或2所述的探测器，其特征在于，所述石墨单晶片(1)上开设一小孔，同步辐射光束的中心光束穿过该小孔。


4.如权利要求1所述的探测器，其特征在于，利用45°角衍射对偏振的选择性，通过检测电子轨道上下同步辐射的π偏振光监测同步辐射的位置，同时让开被使用的光锥中心的部分。


5.一种利用同步辐射偏振性探测束流位置的方法，其步骤包括：
1)将同步辐射光束入射到真空腔体(3)的真空环境；其中在真空腔体(3)上平行于同步辐射光束且对称地安装两铍窗；
2)调整石墨单晶片(1)与同步辐射光束呈45°角，使得石墨单晶片(1)对同步辐射光束的直线σ偏振成分的衍射强度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小威，朱晔，杨俊亮，李中亮，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11