CN213658613U - 一种光斑可视化精密狭缝装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种光斑可视化精密狭缝装置，包括真空腔体，设有法兰视窗和法兰接口；狭缝装置，设于所述真空腔体的内部；观测装置，用于观测狭缝装置，设于所述真空腔体的外部，并与所述法兰视窗相连；精密运动装置，与所述法兰接口相连，并具有延伸进所述真空腔体内部的连接杆，所述连接杆与所述狭缝装置相连；角度调节装置，设于所述真空腔体的外部，并通过一连接件与所述真空腔体连接。本实用新型能够在保证狭缝精密运动的同时，提供光斑位置的可视化观测，实现光斑调节的快速可视化及便捷性，同时在光束线运行时也能方便实时监测光斑。

Description

一种光斑可视化精密狭缝装置

技术领域

本实用新型涉及X射线光学仪器领域，更具体地涉及一种光斑可视化精密狭缝装置。

背景技术

同步辐射光源由于其高亮度、高相干性、波长连续可调等优异特性为发展高性能的基于X射线探测和加工技术提供了重要的设施基础，基于同步辐射X射线发展起来的高分辨衍射、X射线精细结构谱学、相干衍射成像、角分辨光电子能谱、共振非弹X射线散射等先进实验技术在前沿物质科学、生命科学及能源领域得到了广泛的应用，进一步促进了相关实验技术的发展及装置建设。

同步辐射光源装置主要由电子加速器和储存环、光束线和实验站组成，储存环内注入的高能量电子，在磁场偏转力的作用下做圆周运动，会在切线方向产生X射线。光束线以实验站的具体需求对同步辐射X射线进行调制，其中精密狭缝装置是光束线中必不可少的关键设施。在光束线距离同步辐射出射光源点一定距离处设置狭缝，以重新定义X射线的水平和垂直光斑、限定X射线的张角、消除杂散光，进而提升X射线的能量分辨率和光学品质。同时狭缝还可以有效的保护下游光学原件，通过在焦点位置附近设立狭缝也可用来定义二次光源，获得特定需求的特征X射线。

在具体的光束线调试及使用过程中，为了获得高品质的X射线光束，对水平和竖直狭缝截取光束的分析、光束中心位置的反馈调节是必不可少的。此时，通常需要大范围移动狭缝，利用后端设置的光电二极管等设施读数来计算和判断光斑的位置及形状，不仅操作麻烦，而且容易失误，引发故障，同时由于光束也会受到前端的光学原件，如单色仪、偏转镜等的影响，因此只通过狭缝精密运动获取后端读数来寻找和定义光束，具有较大的盲目和不确定性，在实际使用中误差较大，工作量繁重。

实用新型内容

为解决上述现有技术中的问题，本实用新型提供一种光斑可视化精密狭缝装置，结构简单、使用方便，并且提供光斑位置的可视化观测。

本实用新型提供的一种光斑可视化精密狭缝装置，包括：真空腔体，设有法兰视窗和法兰接口；狭缝装置，设于所述真空腔体的内部；观测装置，用于观测狭缝装置，设于所述真空腔体的外部，并与所述法兰视窗相连；精密运动装置，与所述法兰接口相连，并具有延伸进所述真空腔体内部的连接杆，所述连接杆与所述狭缝装置相连；角度调节装置，设于所述真空腔体的外部，并通过一连接件与所述真空腔体连接。

所述狭缝装置包括两个在垂直方向上相对设置的第一狭缝刀片和第二狭缝刀片，以及两个在水平方向上相对设置的第三狭缝刀片和第四狭缝刀片，所述第一、第二、第三和第四狭缝刀片分别与四个连接杆相连。

所述狭缝刀片与所述连接杆之间设有绝缘面。

所述第一狭缝刀片位于所述狭缝装置中X射线光路的最前端。

所述第一狭缝刀片上通过绝缘紧固件安装有一荧光晶体。

所述荧光晶体与所述第一狭缝刀片的刀口边缘相隔的距离小于2mm。

所述荧光晶体为YAG晶体。

所述观测装置包括摄像头以及摄像头焦距位置调节装置，所述摄像头通过所述法兰视窗正对所述荧光晶体。

所述荧光晶体所产生的X射线荧光位置在所述摄像头的焦距及焦平面范围内。

所述真空腔体的静态真空度优于5×10^-10Torr。

本实用新型的光斑可视化精密狭缝装置，在X射线光路最前端的竖直狭缝上设计荧光晶体，在真空腔体上开设法兰视窗，并在法兰视窗外部安装实时观测读取的摄像头，能够在保证狭缝精密运动的同时，提供光斑位置的可视化观测，实现光斑调节的快速可视化及便捷性，同时在光束线运行时也能方便实时监测光斑。

附图说明

图1是按照本实用新型的一种光斑可视化精密狭缝装置的主视图。

图2是按照本实用新型的一种光斑可视化精密狭缝装置的侧视图。

图3是图1中狭缝装置的结构示意图。

图4是图3的局部视图。

具体实施方式

下面结合附图，给出本实用新型的较佳实施例，并予以详细描述。

如图1和图2所示，本实用新型一较佳实施例的一种光斑可视化精密狭缝装置包括一真空腔体1、位于真空腔体1内部的狭缝装置2以及安装于腔体1外部的观测装置3、精密运动装置4和角度调节装置5，其中，真空腔体1上设有法兰视窗11，并具有法兰接口12和法兰端口13。观测装置3与法兰视窗11相连并通过法兰视窗11正对狭缝装置2，以实时观测狭缝装置2的X射线荧光显示。精密运动装置4通过法兰接口12与真空腔体1连接，并通过延伸进真空腔体1内部的连接杆41与狭缝装置2相连，以实现狭缝装置2在真空腔体1内部的精密运动。真空腔体1的法兰端口13可与X射线光束的前端和后端通过真空互联，且真空腔体1烘烤后其静态真空度优于5×10^-10Torr。

狭缝装置2位于真空腔体1内部的中心位置，如图3和图4所示，其包括两个在垂直方向上相对设置的第一狭缝刀片21和第二狭缝刀片22，以及两个在水平方向上相对设置的第三狭缝刀片23和第四狭缝刀片24，这两组狭缝刀片21、22和23、24分别与四个连接杆41相连，可实现对X射线在水平方向和垂直方向的同时调节。关于荧光晶体安装位置，可以针对上游光束的色散方向，安装在水平或竖直的狭缝刀片上，以实时监测光斑的聚焦状况和通量大小。由于X射线经过前端的光学元件(图未示)聚焦为竖条形，因而将第一狭缝刀片21作为狭缝装置2中在X射线光路最前端的狭缝刀片。荧光晶体25通过例如螺栓的紧固件26和固定板27固定在第一狭缝刀片21上，随第一狭缝刀片21移动，以便于观测X射线的光斑位置，并对垂直方向的X射线光束进行重新优化。荧光晶体25与第一狭缝刀片21的刀口边缘相隔的距离小于2mm，从而保证荧光晶体25不会越过第一狭缝刀片21的刀口而挡光或产生衍射。荧光晶体25为YAG晶体或其它能长时间在高真空腔体内运行的X射线荧光晶体。需要说明的是，也可将第二狭缝刀片22作为狭缝装置2中在X射线光路最前端的狭缝刀片，而将荧光晶体25固定在第二狭缝刀片22上。X射线经过前端的光学元件也可聚焦为横条形，因而也可将第三狭缝刀片23或第四狭缝刀片24作为狭缝装置2中在X射线光路最前端的狭缝刀片，而将荧光晶体25固定在第三狭缝刀片23或第四狭缝刀片24上。另外，由于X射线照射在荧光晶体或狭缝刀片上有可能出现光电流，光电流会通过狭缝刀片传递到驱动线上，影响驱动电流及稳定性，因而为保证连接驱动的稳定性和X射线光电绝缘，紧固件26采用例如陶瓷的绝缘材质，且在狭缝刀片21、22和23、24与四个连接杆41之间还设有陶瓷材质的绝缘面28。

观测装置3包括摄像头31以及摄像头焦距位置调节装置32，其中，摄像头31通过真空腔体1上设置的法兰视窗11正对荧光晶体25，同时，摄像头31可远程连接到狭缝调节控制电脑上，实现狭缝调节过程中的光斑观测。摄像头焦距位置调节装置32用于在实际使用时对摄像头31进行调节，根据荧光晶体25上的荧光光斑位置，调节摄像头31的角度以及摄像头31与荧光光斑的距离，选择合适的焦距，保证荧光晶体25所产生的X射线荧光位置在摄像头31的焦距及焦平面范围内。而为了保证摄像头31所显示的荧光光斑的真实性，使法兰视窗面与荧光晶体25处于同一竖直面，真空腔体1设置的法兰视窗11位于真空腔体1的正斜上方或正斜下方，更具体地，法兰视窗11与真空腔体1成60度左右的倾角。

精密运动装置4可以对四个狭缝刀片21、22、23和24分别进行独立驱动，来调节X射线光束的位置。

角度调节装置5通过一连接件51与真空腔体1连接，可以通过手动或电动调节整个真空腔体1的俯仰角、滚动角及偏航角等，从而调节狭缝装置2相对于X射线的整体位置和角度。

本实用新型所提供的光斑可视化精密狭缝装置在使用时，首先将其置于需要调节的光束中，通过精密运动装置4开启或运动最前端固定有荧光晶体25的第一狭缝刀片21，即可通过摄像头31看到所要调制光束的状态和光斑的大致位置。然后基于摄像头31显示的光斑位置，通过精密运动装置4开启及移动四刀狭缝，让光束大致位于四刀狭缝调节中心。本实用新型的光斑可视化精密狭缝装置使得操作者可以直接根据看到的光斑状态和位置，对其进行准确的调节，且不影响狭缝的精密运动和光束的品质。同时，可以根据后端光学仪器(聚焦镜、光栅或探测器)的具体需求，将荧光晶体安装在前端的水平或竖直狭缝上，均可实现对高精度光斑调节的可视化，实时反馈、调节便利。狭缝置于设计的焦点位置(此处的焦点是光束的聚焦点，由前端的聚焦镜的光学参数决定，相应的狭缝置于已经确定焦点位置)，在上游元件(偏转镜及聚焦镜等，此处未示出)调光时，通过真空外的摄像头31及其软件实时获取和拟合上游光束在焦点处的峰宽、峰位和强度，迅速完成上游元件良好准直和聚焦，优化上游光学元件的调光效率和效果，并且可以在运行期间监测光束状态，及时发现问题。本实用新型克服了原有狭缝装置在使用中不能直观看到目标光束、只能通过后端计数进行反复扫描判断，而导致的操作盲目、不确定性和误差较大、工作量繁重的问题。

以上所述的，仅为本实用新型的较佳实施例，并非用以限定本实用新型的范围，本实用新型的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本实用新型申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本实用新型专利的权利要求保护范围。本实用新型未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (10)

1.一种光斑可视化精密狭缝装置，其特征在于，包括：

真空腔体，设有法兰视窗和法兰接口；

狭缝装置，设于所述真空腔体的内部；

观测装置，用于观测狭缝装置，设于所述真空腔体的外部，并与所述法兰视窗相连；

精密运动装置，与所述法兰接口相连，并具有延伸进所述真空腔体内部的连接杆，所述连接杆与所述狭缝装置相连；

角度调节装置，设于所述真空腔体的外部，并通过一连接件与所述真空腔体连接。

2.根据权利要求1所述的光斑可视化精密狭缝装置，其特征在于，所述狭缝装置包括两个在垂直方向上相对设置的第一狭缝刀片和第二狭缝刀片，以及两个在水平方向上相对设置的第三狭缝刀片和第四狭缝刀片，所述第一、第二、第三和第四狭缝刀片分别与四个连接杆相连。

3.根据权利要求2所述的光斑可视化精密狭缝装置，其特征在于，所述狭缝刀片与所述连接杆之间设有绝缘面。

4.根据权利要求2所述的光斑可视化精密狭缝装置，其特征在于，所述第一狭缝刀片位于所述狭缝装置中X射线光路的最前端。

5.根据权利要求4所述的光斑可视化精密狭缝装置，其特征在于，所述第一狭缝刀片上通过绝缘紧固件安装有一荧光晶体。

6.根据权利要求5所述的光斑可视化精密狭缝装置，其特征在于，所述荧光晶体与所述第一狭缝刀片的刀口边缘相隔的距离小于2mm。

7.根据权利要求5所述的光斑可视化精密狭缝装置，其特征在于，所述荧光晶体为YAG晶体。

8.根据权利要求5所述的光斑可视化精密狭缝装置，其特征在于，所述观测装置包括摄像头以及摄像头焦距位置调节装置，所述摄像头通过所述法兰视窗正对所述荧光晶体。

9.根据权利要求8所述的光斑可视化精密狭缝装置，其特征在于，所述荧光晶体所产生的X射线荧光位置在所述摄像头的焦距及焦平面范围内。

10.根据权利要求1所述的光斑可视化精密狭缝装置，其特征在于，所述真空腔体的静态真空度优于5×10^-10Torr。

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