CN115102018A - 一种正群速度色散晶体脉冲压缩器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种正群速度色散晶体脉冲压缩器，涉及自由电子激光技术领域。正群速度色散晶体脉冲压缩器，所述正群速度色散晶体脉冲压缩器包括沿光路依次设置的第一非对称切割晶体、第一凹面反射镜、第二凹面反射镜和第二非对称切割晶体。本申请提供了一种新的产生硬X射线阿秒自由电子激光脉冲的方案，可具有更高的稳定性。

Description

一种正群速度色散晶体脉冲压缩器

技术领域

本申请涉及自由电子激光技术领域，尤其涉及一种正群速度色散晶体脉冲压缩器。

背景技术

在超快物理化学-动力学的研究过程中，尤其是原子尺度下超快动力学的探究，需要进行原子尺度超快动力学探索，必不可少的要用到阿秒脉冲。当前阿秒脉冲的产生方式主要是用高次谐波产生，该技术能够覆盖软X射线波段，但是产生的脉冲能量比较低。

基于自由电子激光产生阿秒脉冲也是当前的一个研究热点。随着自由电子激光装置的建设和稳定运行，在用户装置上产生稳定的、高脉冲能量的、孤立的硬X射线阿秒脉冲成为可能。

现有产生硬X射线阿秒自由电子激光脉冲，主要是基于电子束团操控的技术路线，比如通过控制电子束团局部发射度破坏、电子束团局部轨道失配、激光调制电子束团等技术。然而，该技术只利用了部分电子束，并且可能因为束流操控产生不稳定性等问题。

发明内容

本申请提供了一种正群速度色散晶体脉冲压缩器，用于产生硬X射线阿秒自由电子激光脉冲，具有更高稳定性。

本申请提供了：

一种正群速度色散晶体脉冲压缩器，用于压缩下啁啾硬X射线自由电子激光脉冲以产生硬X射线阿秒自由电子激光脉冲，所述正群速度色散晶体脉冲压缩器包括沿光路依次设置的第一非对称切割晶体、第一凹面反射镜、第二凹面反射镜和第二非对称切割晶体；

所述第一非对称切割晶体用于使所述下啁啾硬X射线自由电子激光脉冲产生色散以形成多路脉冲，所述多路脉冲依次通过所述第一凹面反射镜及所述第二凹面反射镜反射后投射至所述第二非对称切割晶体，所述多路脉冲在所述第二非对称切割晶体处汇合并形成所述硬X射线阿秒自由电子激光脉冲。

在一些可能的实施方式中，所述第一非对称切割晶体与所述第一凹面反射镜之间的距离为f₁，所述第一凹面反射镜与所述第二凹面反射镜之间的距离为(f₁+f₂)，所述第二凹面反射镜与所述第二非对称切割晶体之间的距离为f₂′；

其中，f₁代表所述第一凹面反射镜的焦距，f₂代表所述第二凹面反射镜的焦距，f₂′≤f₂。

在一些可能的实施方式中，所述第一非对称切割晶体和所述第二非对称切割晶体均包括晶面和物理表面；

在同一非对称切割晶体中，所述晶面与所述物理表面之间的夹角η小于布拉格角。

在一些可能的实施方式中，所述正群速度色散晶体脉冲压缩器还包括两组第一姿态调节机构，所述第一非对称切割晶体和所述第二非对称切割晶体一一对应地安装于两所述第一姿态调节机构上；

所述第一姿态调节机构用于调整其所连接的非对称切割晶体的姿态。

在一些可能的实施方式中，所述第一姿态调节机构包括第一摆台单元，所述第一摆台单元用于调节所述非对称切割晶体与所述下啁啾硬X射线自由电子激光脉冲光轴之间的夹角；

所述第一摆台单元包括底座、第一驱动件和转接板，所述底座的一侧设置有弧形导轨，所述转接板与所述弧形导轨滑动配合，所述第一驱动件与所述转接板传动连接，所述非对称切割晶体安装于所述转接板远离所述底座的一侧；

所述第一驱动件用于驱动所述转接板沿所述弧形导轨移动，以带动所述非对称切割晶体相对于所述下啁啾硬X射线自由电子激光脉冲的光轴转动。

在一些可能的实施方式中，所述第一姿态调节机构还包括第一调平单元，所述第一调平单元用于带动所述非对称切割晶体进行五个维度的运动，以将所述非对称切割晶体调水平。

在一些可能的实施方式中，所述正群速度色散晶体脉冲压缩器还包括两第二姿态调节机构，所述第一凹面反射镜和所述第二凹面反射镜一一对应地安装于两所述第二姿态调节机构上，所述第二姿态调节机构用于调整其自身相连的凹面反射镜的姿态；

所述第二姿态调节机构包括第二调平单元、第二摆台单元和滑台单元，所述滑台单元连接于所述第二调平单元与所述第二摆台单元之间，所述凹面反射镜安装于所述第二摆台单元上；

所述第二调平单元用于将所述凹面反射镜调水平，所述第二摆台单元用于调节所述凹面反射镜与所述下啁啾硬X射线自由电子激光脉冲光轴之间的夹角，所述滑台单元用于带动所述凹面反射镜靠近或远离非对称切割晶体以调整所述凹面反射镜与所述非对称切割晶体之间的距离。

在一些可能的实施方式中，所述滑台单元包括第二驱动件、安装座、传动杆和滑块；

所述安装座和所述第二驱动件均相对于所述第二调平单元固定安装，所述滑块滑动安装于所述安装座远离所述第二调平单元的一侧，所述传动杆传动连接于所述第二驱动件与所述滑块之间，所述第二摆台单元通过一活动架安装于所述滑块上；

所述第二驱动件用于驱动所述滑块相对于所述安装座滑动，以带动所述凹面反射镜靠近或远离所述非对称切割晶体。

在一些可能的实施方式中，所述正群速度色散晶体脉冲压缩器还包括相连的冷源和多个冷媒传输管，所述多个冷媒传输管与所述第一非对称切割晶体、所述第一凹面反射镜、所述第二凹面反射镜和所述第二非对称切割晶体一一对应热传导连接。

在一些可能的实施方式中，所述正群速度色散晶体脉冲压缩器还包括两真空箱，两所述真空箱之间连通有光通道；

所述第一非对称切割晶体和所述第一凹面反射镜安装于一所述真空箱中，所述第一凹面反射镜靠近所述光通道一端设置；

所述第二凹面反射镜和第二非对称切割晶体安装于另一所述真空箱中，所述第二凹面反射镜靠近所述光通道一端设置。

本申请的有益效果是：本申请提出一种正群速度色散晶体脉冲压缩器，包括沿光路依次设置的第一非对称切割晶体、第一凹面反射镜、第二凹面反射镜和第二非对称切割晶体，利用非对称切割晶体使下啁啾硬X射线自由电子激光脉冲产生色散，以进行脉冲压缩生成硬X射线阿秒自由电子激光脉冲。即，本申请提供了一种新的产生硬X射线阿秒自由电子激光脉冲的方案，在产生硬X射线阿秒自由电子激光脉冲的过程中，也可对整个电子束产生光子进行利用，且具有更高的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了一些实施例中正群速度色散晶体脉冲压缩器的部分结构示意图；

图2示出了一些实施例中正群速度色散晶体脉冲压缩器的尺寸标注示意图；

图3示出了一些实施例中正群速度色散晶体脉冲压缩器的主视结构示意图；

图4示出了一些实施例中正群速度色散晶体脉冲压缩器的内部结构示意图；

图5示出了一些实施例中第一调平单元的俯视结构示意图；

图6示出了一些实施例中第一调平单元的侧视结构示意图；

图7示出了一些实施例中第一姿态调节机构的立体结构示意图；

图8示出了一些实施例中第一姿态调节机构和第二姿态调节机构的立体结构示意图；

图9示出了一些实施例中滑台单元的结构示意图；

图10示出了一些实施例中光板检测机构的部分结构示意图。

主要元件符号说明：

1000-正群速度色散晶体脉冲压缩器；

110-非对称切割晶体；110a-晶面；110b-物理表面；111-第一非对称切割晶体；112-第二非对称切割晶体；120-凹面反射镜；121-第一凹面反射镜；122-第二凹面反射镜；210-真空箱；211-入光通道；212-出光通道；213-观察窗；220-离子泵；230-光通道；240-插板阀；250-真空规管；260-支座；300-第一姿态调节机构；310-第一调平单元；311-第一支撑板；312-第二支撑板；313-调节螺栓；314-固定螺栓；315-安装块；316-限位螺栓；317-螺母；320-第一摆台单元；321-底座；3211-弧形导轨；322-第一驱动件；323-转接板；324-治具；400-第二姿态调节机构；410-第二调平单元；420-滑台单元；421-安装底座；4211-第一滑轨；422-第二驱动件；423-传动杆；424-第一滑块；430-活动架；440-第二摆台单元；500-光斑检测机构；510-闪烁晶体；520-反射镜；530-光斑探测器；540-升降组件；541-第三驱动件；542-安装架；543-第二滑轨；544-第二滑块；545-连接杆；546-安装座；600-冷却机构；610-冷媒传输管；

2000-下啁啾硬X射线自由电子激光脉冲；

3000-硬X射线阿秒自由电子激光脉冲。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

啁啾脉冲是指光的脉冲频率随着时间变化而变化，即脉冲头部和脉冲尾部的频率不同。啁啾脉冲压缩器可通过色散使不同波长的光通过的光程不同。当光程差位于特定值时，可使脉冲尾部追上脉冲头部，从而实现脉冲压缩。然而，在硬X射线波段，目前还没有啁啾脉冲压缩器的使用。

实施例中提供了一种正群速度色散晶体脉冲压缩器1000，可用于压缩下啁啾硬X射线自由电子激光脉冲2000以生成硬X射线阿秒自由电子激光脉冲3000。

如图1所示，正群度色散晶体脉冲压缩器可包括两非对称切割晶体110(即第一非对称切割晶体111和第二非对称切割晶体112)和两凹面反射镜120(即第一凹面反射镜121和第二凹面反射镜122)。第一非对称切割晶体111、第一凹面反射镜121、第二凹面反射镜122和第二非对称切割晶体112可沿光路的传输方向依次设置。其中，第一非对称切割晶体111与第二非对称切割晶体112对称，第一凹面反射镜121与第二凹面反射镜122对称。第一凹面反射镜121的凹面为入光侧，且位于靠近第一非对称切割晶体111的一侧。第二凹面反射镜122的凹面为入光侧，且位于靠近第二非对称切割晶体112的一侧。

使用中，下啁啾硬X射线自由电子激光脉冲2000入射正群度色散晶体脉冲压缩器后，可由第一非对称切割晶体111对其产生色散作用，分离成多路脉冲。多路脉冲可依次通过第一凹面反射镜121和第二凹面反射镜122反射后到达第二非对称切割晶体112，多路脉冲可在第二非对称切割晶体112处进行汇合并输出硬X射线阿秒自由电子激光脉冲3000。在此过程中，可使下啁啾硬X射线自由电子激光脉冲2000纵向上具有不同频率的光通过不同的光程，使脉冲尾部追上脉冲头部，实现脉冲的纵向压缩，以产生硬X射线阿秒自由电子激光脉冲3000。

实施例中提供的正群度色散晶体脉冲压缩器，利用啁啾脉冲压缩原理，将非对称切割晶体110用作下啁啾硬X射线自由电子激光脉冲2000的色散器件，将下啁啾硬X射线自由电子激光脉冲2000压缩以获得硬X射线阿秒自由电子激光脉冲3000，可对整个电子束产生的光子进行利用，并具有更高的稳定性。

如图1所示，非对称切割晶体110可包括晶面110a及物理表面110b。其中，晶面110a与物理表面110b之间的夹角η小于布拉格角。实施例中，凹面反射镜120可为椭圆柱面镜。

如图1和图2所示，第一非对称切割晶体111与第一凹面反射镜121之间的距离为f₁。第一凹面反射镜121与第二凹面反射镜122之间的距离为(f₁+f₂)。第二凹面反射镜122与第二非对称切割晶体112之间的距离为f₂′。其中，f₁代表第一凹面反射镜121的焦距，f₂代表第二凹面反射镜122的焦距，f₂′≤f₂。实施例中，第一非对称切割晶体111与第一凹面反射镜121之间的距离可指，第一非对称切割晶体111入射面中心与第一凹面反射镜121入射面中心之间的距离。第一凹面反射镜121与第二凹面反射镜122之间的距离可指，第一凹面反射镜121入射面中心与第二凹面反射镜122入射面中心之间的距离。第二凹面反射镜122与第二非对称切割晶体112之间的距离可指，第二凹面反射镜122入射面中心与第二非对称切割晶体112入射面中心之间的距离。

示例性的，在一些实施例中，第一非对称切割晶体111与第一凹面反射镜121之间的距离设置为1m。第二凹面反射镜122与第二非对称切割晶体112之间的距离设置为1m。第一凹面反射镜121的焦距f₁为1m，第二凹面反射镜122的焦距f₂为1m。

可以理解的，第一非对称切割晶体111和第一凹面反射镜121均可相对于入射的下啁啾硬X射线自由电子激光脉冲2000光轴倾斜设置。实施例中，第一非对称切割晶体111和第一凹面反射镜121的倾斜角度均可根据入射的下啁啾硬X射线自由电子激光脉冲2000的长度需要进行设置。

再一并结合图3，正群速度色散晶体脉冲压缩器1000还包括支座260、两个真空箱210、多个离子泵220和分子泵(图未示)。可以理解的，真空箱210可用于提供超高真空洁净环境。两真空箱210和离子泵220可安装于支座260上。每一真空箱210均可连接有分子泵和离子泵220，可通过分子泵和离子泵220对真空箱210抽真空，示例性的，真空箱210中的真空可设置为10^-8Pa。在一些实施例中，真空箱210上还设置有真空规管250，可用于检测真空箱210中的真空度。

第一非对称切割晶体111和第一凹面反射镜121可安装于一真空箱210中。第二凹面反射镜122和第二非对称切割晶体112可安装于另一真空箱210中。两真空箱210之间可设置有光通道230，以供第一凹面反射镜121和第二凹面反射镜122之间的光路传输。实施例中，光通道230上可设置有插板阀240，当一真空箱210中的器件需要检修时，可通过插板阀240断开两真空箱210之间的连接，确保另一真空箱210中的真空度。

在一些实施例中，用于安装第一非对称切割晶体111和第一凹面反射镜121的真空箱210上还设置有入光通道211，可供下啁啾硬X射线自由电子激光脉冲2000的输入，入光通道211可与光通道230相对。相对的，另一真空箱210上还可设置有出光通道212，可供硬X射线阿秒自由电子激光脉冲3000输出，出光通道212也可与光通道230相对。

如图3所示，在一些实施例中，真空箱210上还可设置有观察窗213，可用于用户查看非对称切割晶体110和凹面反射镜120的姿态。

如图1、图3和图4所示，正群速度色散晶体脉冲压缩器1000还包括两组第一姿态调节机构300和两组第二姿态调节机构400。两非对称切割晶体110一一对应地安装于两第一姿态调节机构300上，可由第一姿态调节机构300调整非对称切割晶体110的姿态。两凹面反射镜120一一对应地安装于两第二姿态调节机构400上，可由第二姿态调节机构400调节凹面反射镜120的姿态。

可以理解的，用于安装第一非对称切割晶体111的第一姿态调节机构300可相对于，用于安装于第一凹面反射镜121的第二姿态调节机构400靠近入光通道211。用于安装第二非对称切割晶体112的第一姿态调节机构300可相对于，用于安装第二凹面反射镜122的第二姿态调节机构400靠近出光通道212。

实施例中，两第一姿态调节机构300的结构可设置为相同。

再一并结合图5至图7，第一姿态调节机构300可包括第一调平单元310和第一摆台单元320。第一摆台单元320安装于第一调平单元310上，非对称切割晶体110可安装于第一摆台单元320上。其中，第一调平单元310可用于在正群速度色散晶体脉冲压缩器1000使用前，将非对称切割晶体110调水平，使非对称切割晶体110在初始状态时其平行于光轴的中轴线处于水平。第一摆台单元320可用于带动非对称切割晶体110进行转动，以调整非对称切割晶体110相对于下啁啾硬X射线自由电子激光脉冲2000光轴的倾斜角度。

在一些实施例中，第一调平单元310包括第一支撑板311和第二支撑板312。其中，第一支撑板311为长方形板状结构或正方形板状结构。在正群速度色散晶体脉冲压缩器1000的正常使用过程中，第一支撑板311大致可平行于水平方向。实施例中，第一支撑板311的两侧边可平行x轴，第一支撑板311的另两侧边可平行于y。

第一支撑板311可连接有三个调节螺栓313。三个调节螺栓313可呈三角形分布，其中两调节螺栓313位于第一支撑板311两相邻的角位置，另一调节螺栓313位于第一支撑板311相对侧边的中部。第一支撑板311的对应位置可固定连接有螺母317，调节螺栓313可螺接于对应位置的螺母317，并相对于第一支撑板311靠近真空箱210底板的一侧凸出。可以理解的，调节螺栓313可抵接于真空箱210的底板。通过调整调节螺栓313相对于第一支撑板311靠近真空箱210底板一侧伸出的长度，可调节第一支撑板311对应位置与真空箱210底板之间的距离。同时调节三个调节螺栓313，可实现第一支撑板311整体高度的调节。当调节一调节螺栓313时，可使第一支撑板311绕x轴或y轴摆动。由此，可实现非对称切割晶体110在z轴方向的位置调节，以及绕x轴和绕y轴位置的调节。

另外，第一支撑板311还可通过三个固定螺栓314与真空箱210的底板连接，三个固定螺栓314与三个调节螺栓313交错设置。

第二支撑板312可平放于第一支撑板311上。第二支撑板312也可为长方形板状结构或正方形板状结构。第二支撑板312的各侧边可与第一支撑板311中相对位置的侧边平行。第一调平单元310还包括至少四个安装块315。示例性的，第一调平单元310可包括四个安装块315，四个安装块315分设于第二支撑板312周向的四个方位，且分别与第二支撑板312对应侧边的中部相对。四个安装块315均可通过螺钉连接、焊接、卡接等方式固定于第一支撑板311上。

实施例中，四个安装块315均螺接有至少一限位螺栓316，示例性的，每一安装块315上均螺接有两限位螺栓316，限位螺栓316的头部位于安装块315远离第二支撑板312的一侧。限位螺栓316靠近第二支撑板312的一侧可抵接于第二支撑板312的侧壁。使用中，可通过旋动第二支撑板312对应侧的限位螺栓316，可调整第二支撑板312在x轴或y轴上的位置。由此，可实现非对称切割晶体110在x轴和y轴上位置的调节。

由此，可通过第一调平单元310带动非对称切割晶体110在五个维度上的进行运动，以实现五维调节。

在另一些实施例中，第一调平单元310还可包括六个、八个等数量的安装块315。

再一并结合图7，第一摆台单元320可包括底座321、第一驱动件322、转接板323和齿传动组件(图未示)。其中，底座321固定安装于第二支撑板312上。转接板323滑动安装于底座321远离第二支撑板312的一侧，非对称切割晶体110可通过一治具324固定安装于转接板323远离底座321的一侧。可以理解的，非对称切割晶体110可相对于治具324远离转接板323的一侧外露。

在一些实施例中，底座321靠近转接板323的一侧设置有沿x轴方向延伸的弧形导轨3211，且弧形导轨3211的中部向靠近第二支撑板312的方向凹陷。转接板323可与弧形导轨3211滑动配合，转接板323可沿弧形导轨3211移动，进而可带动非对称切割晶体110绕y轴转动，以调整非对称切割晶体110与下啁啾硬X射线自由电子激光脉冲2000光轴之间的夹角。实施例中，转接板323靠近底座321一侧的形状可与弧形导轨3211相适配。

在一些实施例中，第一驱动件322可选用电机。第一驱动件322可固定安装于底座321的一端。第一驱动件322的输出轴可延伸至底座321与转接板323之间，第一驱动件322的输出轴与转接板323之间可通过齿传动组件转动连接，从而，可由第一驱动件322驱动转接板323沿导轨移动。

在一些实施例中，齿传动组件可包括锥形齿轮组、平齿轮和齿条。其中，锥形齿轮组中的一锥形齿轮与第一驱动件322的输出轴固定连接，锥形齿轮组可实现第一驱动件322动力输出方向的转向。平齿轮可与锥形齿轮组的另一锥形齿轮固定连接，以实现动力传递。齿条可沿转接板323的滑动方向固定设置于转接板323靠近底座321的一侧，且齿条与平齿轮啮合。由此，可实现第一驱动件322与转接板323之间的动力传递，由第一驱动件322带动转接板323移动，进而带动非对称切割晶体110绕y轴转动，实现非对称切割晶体110与下啁啾硬X射线自由电子激光脉冲2000光轴之间角度的调节。

在另一些实施例中，第一驱动件322的输出轴可平行于y轴方向，第一驱动件322的输出轴可通过一平齿轮与转接板323上的齿条啮合连接。

实施例中，第一摆台单元320可用于带动非对称切割晶体110进行0°～90°的转动，转动精度为0.05角秒。

如图4和图8所示，在一些实施例中，两第二姿态调节机构400的结构也可设置为相同。

第二姿态调节机构400可包括第二调平单元410、滑台单元420、活动架430和第二摆台单元440。其中，第二调平单元410安装于真空箱210的底板上，活动架430通过滑台单元420滑动安装于第二调平单元410上，第二摆台单元440安装于活动架430远离滑台单元420的一端，凹面反射镜120可安装于第二摆台单元440上。

再一并结合图5，实施例中，第二调平单元410可用于在正群速度色散晶体脉冲压缩器1000使用前，将凹面反射镜120调水平，使凹面反射镜120在初始状态时平行于光轴的中轴线处于水平。在一些实施例中，第二调平单元410的具体结构可与第一调平单元310的具体结构相同，在此不再赘述。

如图8和图9所示，滑台单元420可用于带动凹面反射镜120靠近或远离其相邻的非对称切割晶体110，以调整凹面反射镜120与其自身相邻的非对称切割晶体110之间的距离。

滑台单元420可包括安装底座421、第二驱动件422、传动杆423和滑块(即第一滑块424)。传动杆423传动连接于第一滑块424与第二驱动件422之间，第一滑块424可与活动架430远离第二摆台单元440的一端固定连接。从而，可由第二驱动件422驱动活动架430运动。

在一些实施例中，第二驱动件422可选用电机，传动杆423可选用丝杠。实施例中，安装底座421固定安装于第二调平单元410中的第二支撑板312上。第二驱动件422可固定安装于安装底座421的一端。传动杆423转动安装于安装底座421上，且传动杆423与第二驱动件422的输出轴传动连接，由第二驱动件422驱动传动杆423转动。实施例中，传动杆423可沿x轴方向延伸。第一滑块424可通过一丝杠螺母与传动杆423连接。

实施例中，安装底座421靠近传动杆423的一侧还凸出设置有两第一滑轨4211，两第一滑轨4211分设于传动杆423的两侧，且两第一滑轨4211均与传动杆423平行。第一滑块424的两端可分别与对应侧的第一滑轨4211滑动配合。

使用中，第二驱动件422可带动传动杆423转动，进而可驱动第一滑块424沿传动杆423移动，并由第一滑块424带动活动架430、第二摆台单元440和凹面反射镜120靠近或远离非对称切割晶体110。

在另一些实施例中，第二驱动件422还可选用气缸、电动推杆等结构件。

如图7至图9所示，活动架430可呈矩形框状结构。活动架430的中部为中空结构，且活动架430靠近非对称切割晶体110的一侧及远离非对称切割晶体110的一侧均为开口结构，从而，可供光路顺利通过。

第二摆台单元440可用于带动凹面反射镜120进行转动，以调整凹面反射镜120相对于下啁啾硬X射线自由电子激光脉冲2000光轴的倾斜角度。实施例中，第二摆台单元440的具体结构可与第一摆台单元320的结构相同，在此不再赘述。

第二摆台单元440安装于活动架430远离滑台单元420的一端，且位于活动架430的内侧。其中，第二摆台单元440中的转接板323可靠近滑台单元420一侧设置，相应的，凹面反射镜120也可通过一治具324固定安装于该转接板323靠近滑台单元420的一侧。实施例中，第二摆台单元440可用于带动凹面反射镜120绕y轴转动，以调节凹面反射镜120与下啁啾硬X射线自由电子激光脉冲2000光轴之间的夹角。

实施例中，正群速度色散晶体脉冲压缩器1000还包括有控制器(图未示)，控制器分别与正群速度色散晶体脉冲压缩器1000中的电性部件电连接，可由控制器控制正群速度色散晶体脉冲压缩器1000中各电性部件的工作。

如图3、图4和图10所示，正群速度色散晶体脉冲压缩器1000还包括一组或两组光斑检测机构500。在使用正群速度色散晶体脉冲压缩器1000之前通常需要对非对称切割晶体110和凹面反射镜120进行姿态调节。在非对称切割晶体110和凹面反射镜120的姿态调节过程中，可借助X射线管或同步辐射光源进行粗调，粗调完成后，利用工作用的下啁啾硬X射线自由电子激光脉冲2000进行精调。光斑检测机构500可在粗调及精调过程中，用于反馈光斑的位置信息，以便控制器根据反馈的光斑位置信息控制第一姿态调节机构300和第二姿态调节机构400动作，以分别调整非对称切割晶体110的姿态和凹面反射镜120的姿态。

在一些实施例中，正群速度色散晶体脉冲压缩器1000包括两组光斑检测机构500，两组光斑检测机构500分别安装于两真空箱210上。

在另一些实施例中，正群速度色散晶体脉冲压缩器1000可包括一组光斑检测机构500，光斑检测机构500可与真空箱210可拆卸连接。用户可根据需要将光斑检测机构500安装于对应的真空箱210上，以对该真空箱210中的非对称切割晶体110和凹面反射镜120进行姿态调节。

实施例中，两组光斑检测机构500的结构可设置为相同。

光斑检测机构500可包括闪烁晶体510、反射镜520、光斑探测器530和升降组件540。其中，升降组件540包括第三驱动件541、安装架542、第二滑轨543、第二滑块544、连接杆545和安装座546。第二滑轨543通过安装架542固定安装于真空箱210的顶部，且位于真空箱210的外侧。实施例中，第二滑轨543的延伸方向可平行于z轴。第三驱动件541可安装于第二滑轨543远离真空箱210的一端。连接杆545的一端可通过第二滑块544传动连接于第三驱动件541的输出轴，且第二滑块544滑动安装于第二滑轨543上。连接杆545的另一端延伸至真空箱210内，并可相对于真空箱210伸缩。在一些实施例中，第三驱动件541可选用电机。第三驱动件541的输出轴可通过丝杠螺母副与第二滑块544连接。

在另一些实施例中，第三驱动件541还可选用气缸、电动推杆等结构。

实施例中，第三驱动件541可驱动第二滑块544沿第二滑轨543滑动，以带动连接杆545相对于真空箱210沿z轴伸缩。安装座546可固定连接于连接杆545远离第二滑块544的一端，即安装座546位于真空箱210内。沿x轴方向，安装座546可位于凹面反射镜120与光通道230之间。

实施例中，闪烁晶体510可固定安装于安装座546靠近凹面反射镜120的一侧，反射镜520可安装于安装座546远离凹面反射镜120的一侧。在一些实施例中，闪烁晶体510可与x轴垂直。反射镜520可相对于下啁啾硬X射线自由电子激光脉冲2000光轴倾斜45°。反射镜520可与闪烁晶体510的出光侧相对。

光斑探测器530可安装于真空箱210靠近光通道230的一端。光斑探测器530的信号输入轴可与凹面反射镜120的出射光路垂直，且位于同一高度。

需要对非对称切割晶体110和凹面反射镜120进行姿态调节时，可通过升降组件540使闪烁晶体510位于凹面反射镜120的出射光路上，光斑探测器530与反射镜520相对。从凹面反射镜120出射的脉冲可投射于闪烁晶体510上并产生荧光，荧光可投射至反射镜520并经过反射镜520反射后投射于光斑探测器530的镜头上。随后，可由光斑探测器530中的镜头将光束传递至CCD感光件上，以获得光斑的位置信息。随后，控制器可根据光斑的位置信息控制第一姿态调节机构300和第二姿态调节机构400动作，以实现对非对称切割晶体110和凹面反射镜120的姿态调节。当调节完成后，可由升降组件540带动闪烁晶体510和反射镜520向上移，以避开凹面反射镜120与光通道230之间的光路。

如图4、图7和图8所示，正群速度色散晶体脉冲压缩器1000还包括冷却机构600，可用于减小非对称切割晶体110和凹面反射镜120在高热负载下的形变，并使非对称切割晶体110形变所导致的晶体摇摆曲线中心位移不超过半个达尔文宽度。在使用正群速度色散晶体脉冲压缩器1000之前，也可通过冷却机构600使非对称切割晶体110的温度达到热平衡状态。

在一些实施例中，冷却机构600可包括冷源(图未示)和多个冷媒传输管610。其中，多个冷媒传输管610的一端可一一对应地与非对称切割晶体110和凹面反射镜120热传导连接，以吸收非对称切割晶体110和凹面反射镜120的热量。冷媒传输管610的另一端可与冷源热传导连接，以将热量通过冷源散失。其中，冷源可以是液氮或水冷等装置。

实施例中，治具324的内部可开设有与冷媒传输管610相连通的流道(图未示)，以供冷媒通过。可以理解的，冷媒传输管610可与治具324中的流道形成循环回路。具有较低温度的冷媒通过冷媒传输管610输送至治具324的流道中，并吸收非对称切割晶体110或凹面反射镜120产生的热量。吸收热量后的冷媒可通过冷媒传输管610输送回冷源，以释放热量进行降温。

本申请提供了一种正群速度色散晶体脉冲压缩器1000，可用于对下啁啾硬X射线自由电子激光脉冲2000进行压缩，并输出硬X射线阿秒自由电子激光脉冲3000。本申请提供的正群速度色散晶体脉冲压缩器1000只需要安装在硬X射线自由电子激光装置的光束线上，不会对前端设备(如加速器、电子束团压缩器等)造成颠覆性更改，使用更加简单便捷。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种正群速度色散晶体脉冲压缩器，其特征在于，用于压缩下啁啾硬X射线自由电子激光脉冲以产生硬X射线阿秒自由电子激光脉冲，所述正群速度色散晶体脉冲压缩器包括沿光路依次设置的第一非对称切割晶体、第一凹面反射镜、第二凹面反射镜和第二非对称切割晶体；

所述第一非对称切割晶体用于使所述下啁啾硬X射线自由电子激光脉冲产生色散以形成多路脉冲，所述多路脉冲依次通过所述第一凹面反射镜及所述第二凹面反射镜反射后投射至所述第二非对称切割晶体，所述多路脉冲在所述第二非对称切割晶体处汇合并形成所述硬X射线阿秒自由电子激光脉冲。

2.根据权利要求1所述的正群速度色散晶体脉冲压缩器，其特征在于，所述第一非对称切割晶体与所述第一凹面反射镜之间的距离为f₁，所述第一凹面反射镜与所述第二凹面反射镜之间的距离为(f₁+f₂)，所述第二凹面反射镜与所述第二非对称切割晶体之间的距离为f₂′；

其中，f₁代表所述第一凹面反射镜的焦距，f₂代表所述第二凹面反射镜的焦距，f₂′≤f₂。

3.根据权利要求1所述的正群速度色散晶体脉冲压缩器，其特征在于，所述第一非对称切割晶体和所述第二非对称切割晶体均包括晶面和物理表面；

在同一非对称切割晶体中，所述晶面与所述物理表面之间的夹角η小于布拉格角。

4.根据权利要求1至3任一项所述的正群速度色散晶体脉冲压缩器，其特征在于，所述正群速度色散晶体脉冲压缩器还包括两组第一姿态调节机构，所述第一非对称切割晶体和所述第二非对称切割晶体一一对应地安装于两所述第一姿态调节机构上；

所述第一姿态调节机构用于调整其所连接的非对称切割晶体的姿态。

5.根据权利要求4所述的正群速度色散晶体脉冲压缩器，其特征在于，所述第一姿态调节机构包括第一摆台单元，所述第一摆台单元用于调节所述非对称切割晶体与所述下啁啾硬X射线自由电子激光脉冲光轴之间的夹角；

所述第一摆台单元包括底座、第一驱动件和转接板，所述底座的一侧设置有弧形导轨，所述转接板与所述弧形导轨滑动配合，所述第一驱动件与所述转接板传动连接，所述非对称切割晶体安装于所述转接板远离所述底座的一侧；

所述第一驱动件用于驱动所述转接板沿所述弧形导轨移动，以带动所述非对称切割晶体相对于所述下啁啾硬X射线自由电子激光脉冲的光轴转动。

6.根据权利要求5所述的正群速度色散晶体脉冲压缩器，其特征在于，所述第一姿态调节机构还包括第一调平单元，所述第一调平单元用于带动所述非对称切割晶体进行五个维度的运动，以将所述非对称切割晶体调水平。

7.根据权利要求1至3任一项所述的正群速度色散晶体脉冲压缩器，其特征在于，所述正群速度色散晶体脉冲压缩器还包括两第二姿态调节机构，所述第一凹面反射镜和所述第二凹面反射镜一一对应地安装于两所述第二姿态调节机构上，所述第二姿态调节机构用于调整其自身相连的凹面反射镜的姿态；

所述第二姿态调节机构包括第二调平单元、第二摆台单元和滑台单元，所述滑台单元连接于所述第二调平单元与所述第二摆台单元之间，所述凹面反射镜安装于所述第二摆台单元上；

所述第二调平单元用于将所述凹面反射镜调水平，所述第二摆台单元用于调节所述凹面反射镜与所述下啁啾硬X射线自由电子激光脉冲光轴之间的夹角，所述滑台单元用于带动所述凹面反射镜靠近或远离非对称切割晶体以调整所述凹面反射镜与所述非对称切割晶体之间的距离。

8.根据权利要求7所述的正群速度色散晶体脉冲压缩器，其特征在于，所述滑台单元包括第二驱动件、安装座、传动杆和滑块；

所述安装座和所述第二驱动件均相对于所述第二调平单元固定安装，所述滑块滑动安装于所述安装座远离所述第二调平单元的一侧，所述传动杆传动连接于所述第二驱动件与所述滑块之间，所述第二摆台单元通过一活动架安装于所述滑块上；

所述第二驱动件用于驱动所述滑块相对于所述安装座滑动，以带动所述凹面反射镜靠近或远离所述非对称切割晶体。

9.根据权利要求1所述的正群速度色散晶体脉冲压缩器，其特征在于，所述正群速度色散晶体脉冲压缩器还包括相连的冷源和多个冷媒传输管，所述多个冷媒传输管与所述第一非对称切割晶体、所述第一凹面反射镜、所述第二凹面反射镜和所述第二非对称切割晶体一一对应热传导连接。

10.根据权利要求1所述的正群速度色散晶体脉冲压缩器，其特征在于，所述正群速度色散晶体脉冲压缩器还包括两真空箱，两所述真空箱之间连通有光通道；

所述第一非对称切割晶体和所述第一凹面反射镜安装于一所述真空箱中，所述第一凹面反射镜靠近所述光通道一端设置；

所述第二凹面反射镜和第二非对称切割晶体安装于另一所述真空箱中，所述第二凹面反射镜靠近所述光通道一端设置。

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