專利名稱：同步輻射用單色器熱畸變?cè)诰€探測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱畸變晶體的測(cè)試，特別是涉及一種同步輻射專用單色器熱畸變?cè)诰€檢測(cè)的裝置及方法，具有實(shí)用價(jià)值，能解決國(guó)家大型工程系統(tǒng)中面臨的困難，為重大工程技術(shù)決策做出根本性的依據(jù)。
背景技術(shù)：
早在19世紀(jì)末，就有人預(yù)言一個(gè)具有加速度的帶電粒子，不論是作直線加速運(yùn)動(dòng)，還是作圓周向心加速運(yùn)動(dòng)，都能產(chǎn)生電磁輻射。1947年4月16日，在美國(guó)紐約州通用電氣公司的實(shí)驗(yàn)室中，正在調(diào)試一臺(tái)新設(shè)計(jì)的、能量為70兆電子伏的電子同步加速器。這臺(tái)加速器與其他類型的電子加速器有一個(gè)重要的不同，它的真空室是透光的，原想這樣可方便地觀察到真空室里的裝置，如電極位置的情況，但竟導(dǎo)致了一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)。就在這一天的調(diào)試中，一位技工偶然從反射鏡中看到了在水泥防護(hù)墻內(nèi)的加速器，有強(qiáng)烈“藍(lán)白色的弧光”。起先，物理學(xué)家以為這是切倫科夫輻射，經(jīng)仔細(xì)分析，認(rèn)為是加速運(yùn)動(dòng)的電子所產(chǎn)生的輻射，被稱為同步輻射。實(shí)驗(yàn)表明，這種輻射光的顏色隨電子能量的變化而變化。當(dāng)電子能量為40兆電子伏時(shí)，光的顏色是黃色；降到30兆電子伏時(shí)，變?yōu)榧t色，且光強(qiáng)變?nèi)?；降?0兆電子伏時(shí)，就看不到可見光了。
同步輻射的發(fā)現(xiàn)在當(dāng)時(shí)引起了科學(xué)界轟動(dòng)，不少科學(xué)家著手研究這種輻射的性質(zhì)。同步輻射具有以下特點(diǎn)1)具有連續(xù)的譜分布。它可以覆蓋從遠(yuǎn)紅外到X射線的一個(gè)相當(dāng)寬闊的頻域。
2)具有良好的準(zhǔn)直性。沿著電子軌道的切線方向射出，同步輻射集中在軌道平面一個(gè)很小的垂直張角內(nèi)。
3)具有很高的譜亮度。在X射線領(lǐng)域，譜亮度定義為單位時(shí)間、單位面積、單位立體角和0.1％帶寬內(nèi)的光子數(shù)。為了提高同步輻射源的單色亮度，在儲(chǔ)存環(huán)里引進(jìn)磁鐵插入件，如扭擺器和波蕩器。插入件的引入將同步輻射源的亮度較彎轉(zhuǎn)磁鐵提高了104倍。
4)具有良好的偏振性。在電子軌道面內(nèi)的同步輻射是百分之百偏振的，偏離軌道面的同步輻射是橢圓偏振的。
現(xiàn)在同步輻射在全世界獲得了極為廣泛的應(yīng)用，人們花巨資建造被當(dāng)今稱之為“光子工廠”的裝置，例如已被國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)的正在建造的上海同步輻射光源，投資12億人民幣興建。由于同步輻射光源輸出的是從紅外到X射線波段的連續(xù)譜分布，而實(shí)際需要的往往是一條高亮度的單色譜，因此，在同步輻射裝置上，差不多所有的試驗(yàn)站，都需要一個(gè)單色器進(jìn)行濾波才能工作。
近年來(lái)，由于X射線成像技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是硬X射線相襯成像，對(duì)光源的穩(wěn)定性具有很高的要求，而在實(shí)際工作中，成像質(zhì)量忽高忽低，很不穩(wěn)定，因此人們把目光投注于單色器的熱穩(wěn)定性上，探測(cè)單色器的熱畸變成了當(dāng)務(wù)之急，而這方面的工作，在國(guó)內(nèi)外均未見報(bào)導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了探測(cè)單色器的熱畸變的當(dāng)務(wù)之急，提供一種同步輻射用單色器熱畸變?cè)诰€檢測(cè)的裝置，該裝置應(yīng)具有高分辨、無(wú)損傷、無(wú)接觸、在線檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，分辨能力達(dá)到λ/20。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種同步輻射用單色器熱畸變?cè)诰€探測(cè)裝置，其特征在于它的結(jié)構(gòu)是在激光光源輸出光束的前進(jìn)方向依次設(shè)擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡和第一分束器，該第一分束器的透射光束A與待測(cè)的硅單晶單色器成一夾角，其反射光束經(jīng)第二全反射鏡反射而入射到第二分束器再反射進(jìn)入探測(cè)器，該第一分束器的反射光束B經(jīng)第一反射鏡的反射入射到第二分束器，其透射光束B與光束A疊加形成干涉光束，探測(cè)器的記錄界面垂直于該干涉光束，探測(cè)器的信號(hào)線接計(jì)算機(jī)。
所述的激光光源是一臺(tái)輸出3mW的單橫模He-Ne激光器。
所述的擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡是一臺(tái)放大倍數(shù)為50倍的擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)。
所述的分束器是一塊對(duì)6328反射和透過(guò)各為50％的介質(zhì)膜板。
所述的全反射鏡是一塊對(duì)6328反射率為100％的介質(zhì)膜板。
所述的探測(cè)器是一臺(tái)CCD電荷耦合器，光譜靈敏區(qū)在硬X射線波段。
所述的計(jì)算機(jī)(9)是一臺(tái)能將CCD信號(hào)變換成可視圖形的機(jī)器。
本發(fā)明的技術(shù)效果如下本發(fā)明巧妙地將待測(cè)硅單晶單色器作為干涉儀的一個(gè)臂，這樣由于X射線作用其上引起的熱畸變，能用光學(xué)干涉方法探測(cè)出來(lái)，分辨率可以達(dá)到λ/20，這就保證了在線無(wú)損無(wú)接觸高分辨測(cè)試的最終目的。


圖1為本發(fā)明同步輻射用單色器熱畸變?cè)诰€探測(cè)裝置的光路示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的同步輻射用單色器熱畸變?cè)诰€探測(cè)裝置實(shí)施例的光路如圖1所示，由圖可見，本發(fā)明同步輻射用單色器熱畸變?cè)诰€探測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)是在激光光源1輸出光束的前進(jìn)方向依次設(shè)擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡2和第一分束器3，該第一分束器3的透射光束A與待測(cè)的硅單晶單色器4成一夾角，其反射光束經(jīng)第二全反射鏡7反射而入射到第二分束器6再反射進(jìn)入探測(cè)器8，該第一分束器3的反射光束B經(jīng)第一反射鏡5的反射入射到第二分束器6，其透射光束B與光束A疊加形成干涉光束，探測(cè)器8的記錄界面垂直于該干涉光束，該探測(cè)器8的信號(hào)線接計(jì)算機(jī)9。
所述的激光光源1是一臺(tái)輸出3mW的單橫模He-Ne激光器。
所述的擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡2是一臺(tái)放大倍數(shù)為50倍的擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)。
所述的分束器3和6是一塊對(duì)6328反射和透過(guò)各為50％的介質(zhì)膜板。
所述的全反射鏡5和7是一塊對(duì)6328反射率為100％的介質(zhì)膜板。
所述的探測(cè)器8是一臺(tái)CCD電荷耦合器，光譜靈敏區(qū)在硬X射線波段。
所述的計(jì)算機(jī)9是一臺(tái)能將CCD信號(hào)變換成可視圖形的機(jī)器。
所說(shuō)的待測(cè)的硅單晶單色器4是一塊待測(cè)的某同步輻射裝置4W1A形貌站上的在線光學(xué)元件。當(dāng)同步輻射工作時(shí)，它用來(lái)將多色的X射線變成單色X射線，由于X射線作用其上，使其經(jīng)受熱負(fù)載而產(chǎn)生應(yīng)變，導(dǎo)致X射線波面畸變，本發(fā)明將其作為干涉儀的一個(gè)臂。
本發(fā)明的同步輻射用單色器熱畸變?cè)诰€探測(cè)裝置及方法的工作原理和基本過(guò)程如下首先將X射線源關(guān)掉，使硅單晶單色器4處于無(wú)熱負(fù)載狀態(tài)下，然后開啟He-Ne激光光源1，調(diào)整干涉儀，使其處于零級(jí)條紋狀態(tài)，即A束與B束平行狀態(tài)，然后再開啟X射線源，讓X射線經(jīng)過(guò)硅單晶單色器4和硅單晶單色器10，再觀察計(jì)算機(jī)上的屏幕，此時(shí)得到的干涉條紋，即由X射線導(dǎo)致硅單晶單色器4引起的熱畸變，這將為該工程提供準(zhǔn)確無(wú)誤的有用數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了高分辨在線無(wú)損無(wú)接觸探測(cè)的目的。
這一方法對(duì)于所有的同步輻射裝置，凡使用單色器有熱負(fù)載的試驗(yàn)站皆適合。
權(quán)利要求
1.一種同步輻射用單色器熱畸變?cè)诰€探測(cè)裝置，其特征在于它的結(jié)構(gòu)是在激光光源(1)輸出光束的前進(jìn)方向依次設(shè)擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡(2)和第一分束器(3)，該第一分束器(3)的透射光束A與待測(cè)的硅單晶單色器(4)成一夾角，其反射光束經(jīng)第二全反射鏡(7)反射而入射到第二分束器(6)再反射進(jìn)入探測(cè)器(8)，該第一分束器(3)的反射光束B經(jīng)第一反射鏡(5)的反射入射到第二分束器(6)，其透射光束B與光束A疊加形成干涉光束，探測(cè)器(8)的記錄界面垂直于該干涉光束，探測(cè)器(8)的信號(hào)線接計(jì)算機(jī)(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步輻射用單色器熱畸變?cè)诰€探測(cè)裝置，其特征在于所述的激光光源(1)是一臺(tái)輸出3mW的單橫模He-Ne激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步輻射用單色器熱畸變?cè)诰€探測(cè)裝置，其特征在于所述的擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡(2)是一臺(tái)放大倍數(shù)為50倍的擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步輻射用單色器熱畸變?cè)诰€探測(cè)裝置，其特征在于所述的分束器(3，6)是一塊對(duì)6328反射和透過(guò)各為50％的介質(zhì)膜板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步輻射用單色器熱畸變?cè)诰€探測(cè)裝置，其特征在于所述的全反射鏡(5，7)是一塊對(duì)6328反射率為100％的介質(zhì)膜板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步輻射用單色器熱畸變?cè)诰€探測(cè)裝置，其特征在于所述的探測(cè)器(8)是一臺(tái)CCD電荷耦合器，光譜靈敏區(qū)在硬X射線波段。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步輻射用單色器熱畸變?cè)诰€探測(cè)裝置，其特征在于所述的計(jì)算機(jī)(9)是一臺(tái)能將CCD信號(hào)變換成可視圖形的機(jī)器。
全文摘要
一種同步輻射用單色器熱畸變?cè)诰€探測(cè)裝置，其特征在于它的結(jié)構(gòu)是在激光光源輸出光束的前進(jìn)方向依次設(shè)擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡和第一分束器，該第一分束器的透射光束A與待測(cè)的硅單晶單色器成一夾角，其反射光束經(jīng)第二全反射鏡反射而入射到第二分束器再反射進(jìn)入探測(cè)器，該第一分束器的反射光束B經(jīng)第一反射鏡的反射入射到第二分束器，其透射光束B與光束A疊加形成干涉光束，探測(cè)器的記錄界面垂直于該干涉光束，探測(cè)器的信號(hào)線接計(jì)算機(jī)。本發(fā)明具有高分辨、無(wú)損傷、無(wú)接觸、在線檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，分辨能力達(dá)到λ/20。
文檔編號(hào)G01N21/45GK1570608SQ20041001816
公開日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2004年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月9日
發(fā)明者陳建文, 高鴻奕, 徐至展 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所