椭圆弯晶谱仪的离线精密装调及在线精确复位准直的方法技术

本发明专利技术涉及一种椭圆弯晶谱仪的离线精密装调及在线精确复位准直的方法。该方法包括椭圆弯晶谱仪离线精密装调和椭圆弯晶谱仪在线精确复位准直，本发明专利技术采用“所有反射光束共焦+共轭式靶点瞄准定位”和“光源、椭圆弯晶、椭圆几何光学成像像面三者间的精密耦合转换成离线精密装调及在线精确复位”的技术，解决椭圆弯晶谱仪系统在“神光II”激光装置上的精确准直。本发明专利技术有效地解决了发光源（椭圆弯晶上游焦点，即前焦点）、椭圆弯晶、椭圆几何成像像面（椭圆弯晶下游焦点，即后焦点）三者之间要满足既定椭圆方程参数问题，该方法还具有调节方便、可视性好、谱仪调节准直精度高的特点，并能实现椭圆弯晶谱仪与“神光-II”靶室高效率高精度耦合目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及弯晶谱仪离线装调及在线准直技术，尤其涉及椭圆弯晶谱仪离线精密装调及在线精确复位准直的方法。
技术介绍
等离子体辐射与等离子体状态密切相关，因此诊断等离子体辐射X射线能谱信息对激光与物质相互作用、X射线激光、惯性约束聚变（InertialConfinementFusion,简称ICF）、天体物理和激光等离子体X射线光源等方面研究有着重要作用。椭圆弯晶谱仪主要功能是测量X射线光谱。随着精密物理实验对等离子体状态和能量流时空演化特性实验数据的高精度需求，对建立对激光等离子体辐射X射线能谱线精细轮廓时空演化的实验观测能力是非常有必要，但需要谱仪系统必须具备有高的实测能谱分辨能力作为支撑。不过，尽管椭圆弯晶谱仪系统在设计过程中已尽量考虑过使各个光学元件，尤其是分光元件-椭圆弯晶，减小其对系统性能影响程度，但谱仪在实际的装调与准直过程中，总难免有误差。如果光源偏离椭圆弯晶前焦点对谱仪系统的实测能谱分辨能力、光通量，以及成像差具有强烈的影响效应。因为椭圆弯晶谱仪工作原理：是位于椭圆弯晶前焦点上的光源发出的光，经椭圆晶体按布拉格衍射定律选谱后汇聚在椭圆另一焦点（后焦点）上，但X射线在晶体表面只有满足布拉格衍射条件，才有可能有被利用的积分衍射系数，也只有满足椭圆几何光学成像，才有可能使谱仪系统造成的能谱线加宽程度最小。显然，为了尽可能地降低色散角，使椭圆弯晶谱仪系统有很好的实测能谱分辨能力，提高谱仪系统的准直精度是关键之一。目前国内关于椭圆弯晶谱仪装调与准直的方法资料较小，尤其是椭圆弯晶精确准直的方法几乎处于零位置。因而开展椭圆弯晶谱仪的离线精密装调及在线精确复位准直的关键技术方法研究，对于提高椭圆弯晶谱仪X射线能谱高分辨能力测量有着特别重要意义。椭圆弯晶谱仪原理及坐标系如图1所示：点光源在椭圆弯晶前焦点位置上，光源发出的光经成像狭缝后辐照在椭圆弯晶上，经该椭圆弯晶衍射分光后，所有光束都汇聚在椭圆弯晶后焦点上，再经过狭缝衰减膜组合件记录在探测器记录面上，实现光谱分辨测量，图1中θ为布拉格（Bragg）衍射角。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种椭圆弯晶谱仪的离线精密装调及在线精确复位准直的方法，能够解决目前椭圆弯晶谱仪获得高精度准直难，并且又调节极其复杂繁琐的问题，还可以大大缩短谱仪的调节时间。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种椭圆弯晶谱仪的离线精密装调及在线精确复位准直的方法，该方法包括椭圆弯晶谱仪的离线精密装调和椭圆弯晶谱仪在线精确复位准直：所述椭圆弯晶谱仪的离线精密装调包括以下步骤：第一步，建立坐标系OXYZ，第二步，在椭圆弯晶盒体的内部下方固定设置三维调节装置，所述三维调节装置包括Y向平动调节机构、Z向平动调节机构和X向一维转动调节机构，所述X向一维转动调节机构包括设置在三维调节装置上的调节环，所述调节环上设有调节螺杆和弹簧，在调节环上固定设置椭圆弯晶，所述椭圆弯晶盒体的前端面和后端面上分别设有左定位孔和右定位孔，所述椭圆弯晶盒体的顶部开设有探测窗口，第三步，建立长轴线在y轴向的椭圆标准方程：，椭圆两个焦点分别为椭圆弯晶的前焦点F1和后焦点F2，在前焦点F1上设置点光源，利用第一台平行光管建立装调时观察系统的基准线ab，并借助于激光测距仪确定后焦点F2的位置，然后，目视将椭圆弯晶盒体中的探测窗口中心位置放在后焦点F2附近，通过调节椭圆弯晶盒体，使点光源、左定位孔和右定位孔的两孔径中心，以及焦点F2均处在基准线ab上，第四步，通过Y向平动调节机构实现椭圆弯晶在Y向平移，直到使在椭圆弯晶侧向壁的细直刻度线（针对布拉格衍射角=450时制作的刻线，图2中未标出）与后焦点F2对齐，第五步，在前焦点F1位置搁上扩束光纤灯，在后焦点F2上放置毛玻璃片，开启扩束光纤灯，通过Z向平动调节机构实现椭圆弯晶Z向平移，通过调节螺杆和弹簧使椭圆弯晶在X向一维转动，当椭圆弯晶处于调整好时，在毛玻璃片上观察到有细直线像，而且其线宽应小于500μm，最后锁死三维调节装置的调节维机构，完成椭圆弯晶谱仪的离线精密装调；所述椭圆弯晶谱仪在线精确复位准直包括以下步骤：步骤（1），将离线精密装调好的椭圆弯晶盒体置于靶室中的五维调节架上，所述五维调节架固定在靶室法兰窗口的连接支杆上，以所述第一步中的OXYZ为坐标系，所述靶室中目标靶球的位置为椭圆弯晶的前焦点F1，靶室法兰窗口，以前焦点F1、靶室法兰窗口中心的连线作为建立在y轴上的椭圆标准方程长轴线，步骤（2），利用椭圆弯晶前焦点F1、靶室法兰窗口中心，利用第二台平行光管搭建椭圆弯晶谱仪的在线精确复位准直基线cd，由于第二台平行光管视场具有一定范围，将第二台平行光管视场中的十字刻线交点调至在基线cd上，通过五维调节架对椭圆弯晶盒体的俯角、仰角、摆角，以及Y、Z向平移进行调整，使左定位孔和右定位孔两孔径中心与第二台平行光管视场中的十字刻线交点重合，再通过五维调节架在Y轴方向的平移使椭圆弯晶的后向焦点满足F2的坐标值要求，不过，其误差可允许在2mm之内，最后锁死五维调节架的调节维机构，步骤（3），在探测窗口上搁置探测器记录系统，由于探测窗口在Y轴向有一定的移动范围，沿Y轴方向移动探测器，直至当布拉格衍射角=450时经椭圆弯晶衍射的该光线落在探测器记录面中心。所述点光源经离线精密装调后，点光源光辐照在椭圆弯晶上，经该椭圆弯晶的所有衍射光束都汇聚在后焦点F2上，所述布拉格衍射角为：22°≤θ≤60°，从而可确保点光源发出的光到所述椭圆弯晶上能够产生最有效的衍射分光。本专利技术为了克服光源、椭圆弯晶、椭圆几何成像面三者之间要严格满足椭圆方程参数，以及分光晶体到光源距离又长等不利因素，本专利技术是建立“所有反射光束共焦+共轭式靶点瞄准定位”和“椭圆弯晶和光源之间的精密耦合转换离线精密装校及在线准直精确复位”的技术方法；本专利技术全面分析了椭圆弯晶谱仪调节环境及对象，以及各元件的安装调试流程。利用椭圆两个焦点、椭圆长轴线、反射光束共焦、靶室能够提供用于瞄准对中的目标靶球，以及椭圆弯晶几何成像具有实像点特点，采用由光纤灯、光阑、平行光管（或经纬仪）、激光测距仪等元件，提出用“所有反射光束共焦+共轭式靶点瞄准定位”和“椭圆弯晶和光源间的精密耦合调试”的组合方式技术，解决椭圆弯晶在离线精密装调过程中的多自由度问题。基于谱仪在“神光-II”激光装置上X射线能谱测量靶室能够提供用于瞄准对中的目标靶球，提出了由目标靶球、平行光管、5维调整支架等元件建立椭圆弯晶谱仪系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种椭圆弯晶谱仪的离线精密装调及在线精确复位准直的方法，其特征在于，该方法包括椭圆弯晶谱仪的离线精密装调和椭圆弯晶谱仪在线精确复位准直：所述椭圆弯晶谱仪的离线精密装调包括以下步骤：第一步，建立坐标系OXYZ，第二步，在椭圆弯晶盒体（1）的内部下方固定设置三维调节装置（2），所述三维调节装置（2）包括Y向平动调节机构（3）、Z向平动调节机构（4）和X向一维转动调节机构，所述X向一维转动调节机构包括设置在三维调节装置（2）上的调节环（5），所述调节环（5）上设有调节螺杆（6）和弹簧（7），在调节环（5）上固定设置椭圆弯晶（8），所述椭圆弯晶盒体（1）的前端面和后端面上分别设有左定位孔（9）和右定位孔（10），所述椭圆弯晶盒体（1）的顶部开设有探测窗口（11），第三步，建立长轴线在y轴向的椭圆标准方程：，椭圆两个焦点分别为椭圆弯晶（8）的前焦点F1和后焦点F2，在前焦点F1上设置点光源（12），利用第一台平行光管（13）建立装调时观察系统的基准线ab，并借助于激光测距仪确定后焦点F2的位置，然后，目视将椭圆弯晶盒体（1）中的探测窗口（11）中心位置放在后焦点F2附近，通过调节椭圆弯晶盒体（1），使点光源（12）、左定位孔（9）和右定位孔（10）的两孔径中心，以及焦点F2均处在基准线ab上，第四步，通过Y向平动调节机构（3）实现椭圆弯晶（8）在Y向平移，直到使在椭圆弯晶（8）侧向壁的细直刻度线与后焦点F2对齐，第五步，在前焦点F1位置搁上扩束光纤灯，在后焦点F2上放置毛玻璃片，开启扩束光纤灯，通过Z向平动调节机构（4）实现椭圆弯晶（8）Z向平移，通过调节螺杆（6）和弹簧（7）使椭圆弯晶（8）在X向一维转动，当椭圆弯晶处于调整好时，在毛玻璃片上观察到有细直线像，而且其线宽应小于500μm，最后锁死三维调节装置的调节维机构，完成椭圆弯晶谱仪的离线精密装调；所述椭圆弯晶谱仪在线精确复位准直包括以下步骤：步骤（1），将离线精密装调好的椭圆弯晶盒体（1）置于靶室（14）中的五维调节架（15）上，所述五维调节架（15）固定在靶室法兰窗口（16）的连接支杆（18）上，以所述第一步中的OXYZ为坐标系，所述靶室（14）中目标靶球的位置为椭圆弯晶的前焦点F1，靶室法兰窗口（16），以前焦点F1、靶室法兰窗口（16）中心的连线作为建立在y轴上的椭圆标准方程长轴线，步骤（2），利用椭圆弯晶前焦点F1、靶室法兰窗口（16）中心，利用第二台平行光管（17）搭建椭圆弯晶谱仪的在线精确复位准直基线cd，由于第二台平行光管（17）视场具有一定范围，将第二台平行光管（17）视场中的十字刻线交点调至在基线cd上，通过五维调节架（15）对椭圆弯晶盒体（1）的俯角、仰角、摆角，以及Y、Z向平移进行调整，使左定位孔（9）和右定位孔（10）两孔径中心与第二台平行光管（17）视场中的十字刻线交点重合，再通过五维调节架（15）在Y轴方向的平移使椭圆弯晶的后向焦点满足F2的坐标值要求，最后锁死五维调节架的调节维机构，步骤（3），在探测窗口（11）上搁置探测器记录系统，由于探测窗口（11）在Y轴向有一定的移动范围，沿Y轴方向移动探测器，直至当布拉格衍射角=450时经椭圆弯晶衍射的该光线落在探测器记录面中心。...

【技术特征摘要】
1.一种椭圆弯晶谱仪的离线精密装调及在线精确复位准直的方法，其特征在于，该方
法包括椭圆弯晶谱仪的离线精密装调和椭圆弯晶谱仪在线精确复位准直：
所述椭圆弯晶谱仪的离线精密装调包括以下步骤：
第一步，建立坐标系OXYZ，
第二步，在椭圆弯晶盒体（1）的内部下方固定设置三维调节装置（2），所述三维调节装
置（2）包括Y向平动调节机构（3）、Z向平动调节机构（4）和X向一维转动调节机构，所述X向一
维转动调节机构包括设置在三维调节装置（2）上的调节环（5），所述调节环（5）上设有调节
螺杆（6）和弹簧（7），在调节环（5）上固定设置椭圆弯晶（8），所述椭圆弯晶盒体（1）的前端面
和后端面上分别设有左定位孔（9）和右定位孔（10），所述椭圆弯晶盒体（1）的顶部开设有探
测窗口（11），
第三步，建立长轴线在y轴向的椭圆标准方程：，椭圆两个焦点分别为椭圆弯
晶（8）的前焦点F1和后焦点F2，在前焦点F1上设置点光源（12），利用第一台平行光管（13）建
立装调时观察系统的基准线ab，并借助于激光测距仪确定后焦点F2的位置，然后，目视将椭
圆弯晶盒体（1）中的探测窗口（11）中心位置放在后焦点F2附近，通过调节椭圆弯晶盒体
（1），使点光源（12）、左定位孔（9）和右定位孔（10）的两孔径中心，以及焦点F2均处在基准线
ab上，
第四步，通过Y向平动调节机构（3）实现椭圆弯晶（8）在Y向平移，直到使在椭圆弯晶（8）
侧向壁的细直刻度线与后焦点F2对齐，
第五步，在前焦点F1位置搁上扩束光纤灯，在后焦点F2上放置毛玻璃片，开启扩束光纤
灯，通过Z向平动调节机构（4）实现椭圆弯晶（8）Z向平移，通过调节螺杆（6）和弹簧（7）使椭
圆弯晶（8）在X向一维转动，当椭圆弯晶处于调整好时，在毛玻璃片上观察到有细直线像，而

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑞荣，肖沙里，贾果，安红海，方智恒，谢志勇，
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