晶體單色器微調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

周 順，馮 勇，陽(yáng)志強(qiáng)，江 波

(1.西安工業(yè)大學(xué) 陜西省薄膜技術(shù)與光學(xué)檢測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/光電工程學(xué)院，西安710021; 2.中國(guó)科學(xué)院 西安光學(xué)精密機(jī)械研究所，西安 710119 )

?

晶體單色器微調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

周 順1，馮 勇1，陽(yáng)志強(qiáng)1，江 波2

(1.西安工業(yè)大學(xué) 陜西省薄膜技術(shù)與光學(xué)檢測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/光電工程學(xué)院，西安710021; 2.中國(guó)科學(xué)院 西安光學(xué)精密機(jī)械研究所，西安 710119 )

為了利用同步輻射單色光研究生物細(xì)胞、病毒等以促進(jìn)生物醫(yī)藥學(xué)的發(fā)展，對(duì)輸出單色光的晶體單色器的主要結(jié)構(gòu)(微調(diào)結(jié)構(gòu))進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析.根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用要求，單色器只輸出三個(gè)能量點(diǎn)分別為2.1 keV、2.3 keV和2.5 keV的光束線，能量分辨率Δ≤5×10-4，角度重復(fù)精度小于3″，微調(diào)結(jié)構(gòu)采用三塊獨(dú)立的切槽型晶體，設(shè)計(jì)了晶體安裝座、柔性鉸鏈和推桿等，利用步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)晶體角度的精確微調(diào).步進(jìn)電機(jī)朝一個(gè)方向轉(zhuǎn)到預(yù)設(shè)的光柵尺數(shù)值，并與自準(zhǔn)直儀的監(jiān)測(cè)數(shù)值比較.測(cè)試結(jié)果表明：角度微調(diào)的10次移動(dòng)過(guò)程中，最大偏差2.79″，最小偏差-1.87″，滿足重復(fù)精度小于3″的設(shè)計(jì)指標(biāo).

同步輻射；單色器；角度微調(diào)；柔性鉸鏈；步進(jìn)電機(jī)

同步輻射光源已經(jīng)成為材料科學(xué)、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)和醫(yī)藥學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的基礎(chǔ)，以及應(yīng)用研究的一種先進(jìn)的、不可替代的工具，并且在電子工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、石油工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、生物工程和微細(xì)加工工業(yè)等方面具有重要而廣泛的應(yīng)用.單色器是同步輻射裝置光束線中的核心部件，晶體單色器是用晶體作為衍射元件的分光儀器，通過(guò)晶體衍射將全光譜的同步輻射光單色化，獲得科學(xué)實(shí)驗(yàn)所需的單色光.改變?nèi)肷涔馐c衍射晶面之間的夾角，就可以得到不同的同步輻射單色光，而這些需要依靠晶體微調(diào)結(jié)構(gòu)來(lái)精確實(shí)現(xiàn)[1-3].

近年來(lái)隨著同步輻射應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)外科研人員對(duì)晶體微調(diào)結(jié)構(gòu)的研究也不斷深入.文獻(xiàn)[2]采用兩塊平行晶體無(wú)色散排列，第一晶體表面中心位于晶體臺(tái)Bragg角旋轉(zhuǎn)中心，第二晶體同時(shí)繞該旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動(dòng)，兩塊晶體旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，第二晶體需沿X、Y方向移動(dòng)；文獻(xiàn)[3]主要對(duì)第二晶體弧矢方向的壓彎?rùn)C(jī)構(gòu)的方案進(jìn)行了改進(jìn)，通過(guò)加長(zhǎng)豎直力臂以及改變壓彎方式等手段對(duì)晶體的聚焦能力進(jìn)行了改善；文獻(xiàn)[4]利用轉(zhuǎn)臺(tái)并且在其臺(tái)面上的一側(cè)固定有一滑座，滑座上有一個(gè)帶滑塊的滑槽，滑塊的一端固定有一上固定板，在滑塊與上固定板的相交處、在上固定板的下面用一軸樞接有一支輪，下固定板與滑座相隔預(yù)定距離且與滑塊固定的上固定板平行；文獻(xiàn)[5]中單色器的Bragg轉(zhuǎn)動(dòng)中心選擇在第二塊晶體表面且垂直于入射平面的對(duì)稱軸上，能量掃描時(shí)受L型聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的約束，第二晶體僅繞Bragg轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，而第一晶體除與第二晶體同步轉(zhuǎn)動(dòng)外，還沿法線方向上聯(lián)動(dòng)平移；文獻(xiàn)[6]中分析了一種基于柔性鉸鏈的第二晶體微調(diào)機(jī)構(gòu)，利用驅(qū)動(dòng)器和相應(yīng)的支撐板相接觸，推動(dòng)支撐板做逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，支撐板的回位依靠彈簧的拉力來(lái)完成，固定支撐板固定在機(jī)架上.以上所述的幾種單色器微調(diào)結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)均比較繁雜，不僅增大了整體裝置的占用空間，而且角度微調(diào)的操作過(guò)程難度也相對(duì)較大、不易快速實(shí)現(xiàn)，因此需要研究一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便以及性能可靠的新型微調(diào)結(jié)構(gòu).

本文研究的晶體單色器只產(chǎn)生能量點(diǎn)為2.1 keV、2.3 keV和2.5 keV的光束線，用于同步輻射光束線上，對(duì)生物細(xì)胞、病毒等進(jìn)行分析.根據(jù)晶體微調(diào)結(jié)構(gòu)的發(fā)展?fàn)顩r并結(jié)合本單色器的特點(diǎn)，晶體采用切槽型結(jié)構(gòu)，取代兩塊分離的雙平晶結(jié)構(gòu),兩種結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)一樣，均屬于雙晶單色器.切槽型結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)單，傳輸效率和分辨能力均處于最佳狀態(tài)，而且本單色器不要求掃描波長(zhǎng)，平面切槽型晶體單色器是最合適的方案.

1 Bragg衍射角

本文設(shè)計(jì)的單色器采用三塊獨(dú)立的切槽型晶體，分別用于輸出能量點(diǎn)為2.1 keV、2.3 keV和2.5 keV的光束線.三個(gè)能量點(diǎn)的同步輻射光所對(duì)應(yīng)的Bragg衍射角θ，計(jì)算表達(dá)式為

2dsinθ=Nλ

(1)

E=hc/λ

(2)

式中：d為晶體的晶面間距；h為普朗克常量；c為真空光速；λ為真空波長(zhǎng)；E為單色光束的能量；N為階數(shù)，一般N取值為1；采用的晶體為Si(111)，2d=0.627 1 nm.由式(1)和式(2)推導(dǎo)出Bragg角的計(jì)算公式為

θ=arcsinhc/2dE

(3)

三個(gè)能量點(diǎn)對(duì)應(yīng)的θ計(jì)算結(jié)果分別為：E1=2.1 keV，θ1=70.321 7°；E2=2.3 keV，θ2=59.285 2°；E3=2.5 keV，θ3=52.273 7°.以上計(jì)算的Bragg衍射角θ是理論計(jì)算值，實(shí)際應(yīng)用中θ角會(huì)偏離理論值，影響輸出光的能量；為了保證實(shí)際的應(yīng)用，要求輸出光的能量分辨率Δ≤5×10-4，角度重復(fù)精度小于3″.同步輻射光的性能優(yōu)異，準(zhǔn)直性高，同步輻射裝置發(fā)射光束的水平發(fā)射度為50～150 nmrad，對(duì)本單色器輸出光的性能影響可以忽略.

2 晶體微調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 切槽型晶體

晶體單色器是同步輻射X射線光學(xué)系統(tǒng)中的核心部件，平面切槽晶體單色器即在一塊晶體上加工出一個(gè)溝槽，生成兩個(gè)相對(duì)平行的平面作為衍射面[7-9]，他們的相對(duì)位置不能改變，如圖1所示.

本單色器只輸出能量點(diǎn)為2.1 keV、2.3 keV和2.5 keV的單色光，出射光的高度固定，不需能量掃描，采用三塊獨(dú)立的切槽型晶體.H、θ和OA的關(guān)系為

H=ABsin2θ=OAsin2θ/sinθ=2OAcosθ

(4)

式中：H為入射光束線與出射光束線的高度差，H=20 mm；OA為兩個(gè)衍射面間的距離，θ為三個(gè)能量點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)的衍射角(能量點(diǎn)2.1 keV、2.3 keV和2.5 keV分別取θ1、θ2和θ3).OA與H的關(guān)系為

OA=H/2cosθ

(5)

圖1 平面切槽晶體單色器的光學(xué)結(jié)構(gòu)

OA即為晶體加工的槽高，2.1 keV、2.3 keV和2.5 keV對(duì)應(yīng)晶體的槽高分別為29.70 mm、19.58 mm和16.34 mm.設(shè)計(jì)的切槽型單色器，三塊晶體并排安裝在晶體安裝底座內(nèi).根據(jù)入射光的橫截面尺寸(7 mm×3.3 mm)，將晶體下安裝面尺寸設(shè)計(jì)為15 mm×15 mm，晶體下衍射面尺寸為15 mm×10 mm，晶體上衍射面尺寸為24 mm×10 mm，如圖2所示.設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)既可以滿足衍射需求，又可以節(jié)約晶體材料.

圖2 平面切槽型晶體結(jié)構(gòu)

2.2 切槽型晶體安裝底座

三個(gè)能量點(diǎn)單色光束對(duì)應(yīng)的Bragg角相近，設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)使三塊晶體同時(shí)基本滿足Bragg角，角度誤差通過(guò)微調(diào)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整[9-11].將晶體安裝底座及其他部件通過(guò)晶體支架固定在晶體連接板上，晶體支架垂直固定在晶體連接板上，晶體連接板固定在主軸的軸端.主軸可以在柱形真空腔體的軸線上移動(dòng)，帶動(dòng)晶體安裝底座一起移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)三塊晶體的切換.晶體安裝底座(銅制底座)安裝固定后的效果，如圖3所示.

圖3 晶體安裝底座固定效果

同步輻射光垂直于主軸軸線入射，晶體連接板傾斜角度為α，晶體安裝底座隨之傾斜β，α+β=90°.調(diào)整α角，可以改變?chǔ)陆?即入射光線和晶體衍射面的夾角).因此，在晶體安裝底座上設(shè)計(jì)了三個(gè)晶體安裝臺(tái).

晶體安裝臺(tái)以能量點(diǎn)為2.3 keV光束所對(duì)應(yīng)的衍射角θ2=59.285 2°為基準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2.1 keV、2.5 keV光束對(duì)應(yīng)的衍射角(θ1、θ3)與θ2的差值分別為11.036 5°和-7.011 5°,這兩個(gè)差值分別是2.1 keV、2.5 keV光束所對(duì)應(yīng)的晶體安裝臺(tái)的傾斜角度，均由理論計(jì)算得到，但考慮到實(shí)際的加工精度本文取值11.04°和-7.01°，晶體連接板傾斜的角度α=30.72°，如圖4所示.

圖4 晶體安裝底座

2.3 晶體微調(diào)結(jié)構(gòu)

晶體微調(diào)結(jié)構(gòu)是整個(gè)單色器裝置的核心部分，同時(shí)也是輸出能量點(diǎn)為2.1 keV、2.3 keV和2.5 keV單色光束線的關(guān)鍵部件.晶體微調(diào)系統(tǒng)包括兩大部分，晶體固定組件和晶體微調(diào)組件[3-5].晶體固定組件是對(duì)三塊安裝固定后的晶體角度進(jìn)行調(diào)整，使其基本滿足Bragg衍射角，角度誤差±1°；晶體微調(diào)組件主要是對(duì)三塊晶體的Bragg角誤差進(jìn)行修正，重復(fù)精度小于3″，使出射光的能量分辨率Δ≤5×10-4，設(shè)計(jì)的晶體微調(diào)結(jié)構(gòu)的示意圖如圖5所示.

圖5 晶體微調(diào)結(jié)構(gòu)

晶體安裝底座、角度調(diào)節(jié)下板之間通過(guò)晶體過(guò)渡板用螺釘固定，柔性鉸鏈安裝在角度調(diào)節(jié)上、下板中間的卡槽內(nèi)，柔性鉸鏈的上下底面分別和角度調(diào)節(jié)板的上、下板用螺釘固定(柔性鉸鏈如圖6所示)；調(diào)節(jié)板的上、下板之間用拉簧連接，上下板各有一個(gè)限位螺釘(螺釘分別指向相對(duì)的板).晶體支架是一個(gè)“T”結(jié)構(gòu)，其中T型結(jié)構(gòu)的立板和角度調(diào)節(jié)上板底座固定，T型結(jié)構(gòu)的底板和晶體連接板固定[12-13].晶體連接板以一定傾斜角度α=30.72°固定在柱形真空腔體內(nèi)主軸的軸端.推桿通過(guò)柱形腔體的外接法蘭盤進(jìn)入單色器真空腔體內(nèi)，與晶體連接板的下板通過(guò)軸承接觸，推桿的軸端加工固定軸承的切槽.

圖6 柔性鉸鏈

3 晶體微調(diào)精度分析及測(cè)試

選用的步進(jìn)電機(jī)最高分辨率為40 000步/轉(zhuǎn)，實(shí)際工作中步進(jìn)電機(jī)10 000步轉(zhuǎn)動(dòng)一圈(對(duì)應(yīng)1 mm).步進(jìn)電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)推桿移動(dòng)1 μm，引起晶體衍射面的角度改變量為

(6)

其中80 mm是柔性鉸鏈的中心轉(zhuǎn)軸到推桿軸端軸承移動(dòng)的方向的距離，即為推桿到柔性鉸鏈旋轉(zhuǎn)軸的力臂.

步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)推桿移動(dòng)1 μm所引起的能量變化，以能量點(diǎn)為2.3 keV的光束為例:

(7)

(8)

(9)

式中：E2=2.3 keV，θ2=59.285 2°；E′為衍射角θ2值變化時(shí)的能量值；E20為衍射角度為59.285 2°+2.58″時(shí)的能量值，此時(shí)能量分辨率為ΔE1；E21是衍射角度為59.285 2°-2.58″時(shí)的能量值，此時(shí)能量分辨率為ΔE2.

由計(jì)算可知，步進(jìn)電機(jī)對(duì)晶體角度微調(diào)，對(duì)晶體輸出單色光能量的影響是符合目標(biāo)的.為了滿足儀器的使用要求，對(duì)晶體、安裝底座及微調(diào)結(jié)構(gòu)的制造、裝配提出了要求.對(duì)出射光質(zhì)量影響較大一個(gè)重要因素為切槽型晶體的上下衍射面的平行度，要保證出射光的精度要求，必須保證晶體的加工衍射面的平行度在±1′以內(nèi)；晶體安裝底座斜臺(tái)的加工精度也要保證，加工后的斜臺(tái)傾斜角的誤差要小于20″；影響出射光質(zhì)量的另一個(gè)重要因素為晶體連接板固定的傾斜角度α，在固定晶體連接板時(shí)利用自準(zhǔn)直儀測(cè)量角度，調(diào)整安裝姿態(tài)使誤差控制在±1°內(nèi).

晶體微調(diào)結(jié)構(gòu)安裝后對(duì)其定位精度、重復(fù)精度進(jìn)行測(cè)試.檢測(cè)方法為步進(jìn)電機(jī)始終朝一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)到預(yù)設(shè)光柵尺數(shù)值.光柵按照正切運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)力臂計(jì)算，每光柵尺單位，晶體角度偏轉(zhuǎn)0.258″.以光柵尺的數(shù)值來(lái)表征晶體面角度位置.重復(fù)多次回到光柵尺接近位置，位置計(jì)算值與自準(zhǔn)直儀監(jiān)測(cè)值不超過(guò)3″.由于不同能量位置，只影響空回的大小，不影響重復(fù)精度，因此只以2.3 keV能量點(diǎn)的某一位置做為參考點(diǎn)，另兩個(gè)能量點(diǎn)檢測(cè)情況類似，結(jié)果見(jiàn)表1.由測(cè)試結(jié)果可見(jiàn)，角度微調(diào)的10次移動(dòng)過(guò)程中，最大偏差2.79″，滿足重復(fù)精度小于3″的設(shè)計(jì)指標(biāo).

表1 2.3 keV能量點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的晶體衍射角度重復(fù)性精度誤差

4 結(jié) 論

1) 本文單色器針對(duì)實(shí)際的應(yīng)用需求采用三塊獨(dú)立的切槽型晶體結(jié)構(gòu)，并根據(jù)要輸出能量點(diǎn)為2.1 keV、2.3 keV和2.5 keV光束線設(shè)計(jì)了帶有三個(gè)安裝斜臺(tái)的晶體安裝底座，三個(gè)安裝斜臺(tái)的角度分別為11.04°，0°和-7.01°，解決了三塊晶體以特定角度安裝固定的問(wèn)題，使整體結(jié)構(gòu)得到了簡(jiǎn)化.

2) 根據(jù)晶體單色器的精度要求，確立了以柔性鉸鏈 、推桿和步進(jìn)電機(jī)為核心的晶體單色器微調(diào)組件以及以晶體安裝底座和晶體連接板為主的晶體固定組件，兩者共同組成晶體單色器微調(diào)結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)晶體Bragg衍射角度的微調(diào).

3) 通過(guò)對(duì)微調(diào)結(jié)構(gòu)的主要性能進(jìn)行測(cè)試，角度微調(diào)的10次移動(dòng)過(guò)程中，最大偏差2.79″，滿足重復(fù)精度小于3″的設(shè)計(jì)指標(biāo)，從而保證了結(jié)構(gòu)的可靠性.

4) 本文研究的微調(diào)結(jié)構(gòu)雖然各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到要求，但是結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化反而給結(jié)構(gòu)中一些零部件的加工精度提出了更高的要求，例如晶體安裝斜臺(tái)的誤差要小于20″，考慮到高的精度要求，有些零部件要在國(guó)外進(jìn)行加工.晶體微調(diào)結(jié)構(gòu)還需要不斷地研究和改進(jìn)，使結(jié)構(gòu)的性能達(dá)到更高的水平.

[1] 傅翱.同步輻射Sagittal聚焦雙晶單色技術(shù)研究[D].西安:中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所,2001.

FU Ao.Study on the Technology of Sagittal Monochromatic Focusing Double Crystal Synchrotron Radiation[D].Xi’an:Xi’an Institute of Optics and Precision Mechanis of CAS,2001.(in Chinese)

[2] 李明.BSRF同步輻射光束線性能優(yōu)化[D].合肥:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué),2008.

LI Ming.Linear Energy Optimization of BSRF Synchrotron Radiation Beam[D].Hefei:University of Science and Technology of China,2008.(in Chinese)

[3] 曹沖振.同步輻射雙晶單色儀若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D].上海:上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院,2005.

CAO Chongzhen.Research on Some Key Techniques of Double Crystal Monochromator for Some Key Technology[D].Shanghai:School of Mechanical Engineering,Shanghai Jiao Tong University,2005.(in Chinese)

[4] 中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所.同步輻射固定出口雙晶單色器:中國(guó),99200781.X[P].1999-12-22[2015-11-18].http://www2.soopat.com/Patent/99200781.

Institute of High Energy,Physics Chinese Academy of Sciences.Fixed Exit Double Crystal Monochromator for Synchrotron Radiation:China,99200781.X[P].1999-12-22[2015-11-18].http://www2.soopat.com/Patent/99200781.(in Chinese)

[5] 鳳良杰,董曉浩,高飛,等.NSRL-XAFS光束線弧矢聚焦雙晶單色器設(shè)計(jì)[J].中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào),2006,36(7):761.

FENG Liangjie,DONG Xiaohao,GAO Fei,et al.NARL-XAFS Beam Line Sagittal Focusing Double Crystal Monochromator Design[J].Journal of University of Science and Technology of China,2006,36(7):761.(in Chinese)

[6] 須斌,高雪官.柔性鉸鏈在雙晶單色器微調(diào)機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用[J].機(jī)電工程技術(shù),2002,31(6):67.

XU Bin,GAO Xueguan.Application of Flexible Hinge in the Adjustment Mechanism of the Double Crystal Monochromator[J].Mechanical & Electrical Engineering Technology,2002,31(6):67.(in Chinese)

[7] POLIKARPOV I,OLIVA G,CASTELLANO E E,et al.The Protein Crystallography Beamline at LNLS,the Brazilian National Synchrotron Light Source[J].Nuclear Instruments & Methods in Physics Research,1998,405(1):159.

[9] SHENOY G.Basic Characteristics of Synchrotron Radiation[J].Structural Chemistry,2003,14(1):3.

[10] 湯琦,馬健康,周泗忠,等.弧矢(Sagittal)聚焦雙晶單色器設(shè)計(jì)[J].光學(xué)精密工程,2002,10(4):411.

TANG Qi,MA Jiankang,ZHOU Sizhong,et al.Sagittal Focusing Crystal Monochromator Design (Sagittal)[J].Optics and Precision Engineering,2002,10(4):411.(in Chinese)

[11] 楊曉許,周泗忠,閆旻奇,等.雙晶單色器固定高差相對(duì)檢測(cè)技術(shù)研究[J].核技術(shù),2011,34(6):419.

YANG Xiaoxu,ZHOU Sizhong,YAN Minqi，et al.Research on Detection Technology of Double Crystal Monochromator of Height Difference[J].Nuclear Techniques,2011,34(6):419.(in Chinese)

[12] 趙相國(guó).同步輻射單色器晶體熱緩釋技術(shù)研究[D].西安:中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所,2013.

ZHAO Xiangguo.Research on Crystal Cooling Technique of Monochromator in Synchrotron Radiation[D].Xi’an:Xi’an Institute of Optics and Precision Mechanis of CAS,2013.(in Chinese)

[13] 馮新康.直接冷卻單色器晶體加工方法及其工藝的研究[D].上海:中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所,2014.

FENG Xinkang.Study on Methods and Technologies for Processing a Diffracted Crystal of a Crystal Monochromator with Direct Cooling Structure[D].Shanghai:Shanghai Institute of Applied Physics of CAS,2014.(in Chinese)

(責(zé)任編輯、校對(duì) 潘秋岑)

Design and Analysis of Crystal Monochromator Trimming Structure Design

ZHOUShun，F(xiàn)ENGYong，YANGZhiqiang，JIANGBo

(1.Laboratory for Thin Film Techniques and Optical Test,School of Optoelectronics Engineering, Xi’an Technological University,Xi’an 710021,China; 2.Xi’an Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS,Xi’an 710119，China)

In order to study the mechanism of biological cells and viruses by the synchrotron radiation monochromatic light, the main structure of the crystal monochromator which outputs monochromatic light was designed and analyzed.According to the actual application, this monochromator output the beam lines of three energy points：2.1 keV，2.3 keV and 2.5 keV. The energy resolution was Δ≤5×10-4,and the repeatability of angle was less than 3″.The fine structure of the crystal monochromator included three separate cutting groove-typed crystals.And the crystal mounting base, flexible hinge,and the push rod were cleverly designed. The crystal angle was tuned precisely by a stepper motor. The stepper motor was turned in one direction to the preset value of grating, which was compared with the monitoring data by the autocollimator. The test results show that, in the process of 10 times of angle trimming, the maximum deviation is 2.79″,the minimum deviation is -1.87″which meet the design specification that the repeatability needs to be less than 3″.

synchrotron radiation;monochromator;angle trimming；flexure hinge；stepper motor

10.16185/j.jxatu.edu.cn.2016.09.006

2015-12-16

NSRL超高真空中能雙晶單色器設(shè)計(jì)與加工項(xiàng)目(H201306054);陜西省教育廳重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研計(jì)劃項(xiàng)目(14JS027)

周 順(1979-)，男，西安工業(yè)大學(xué)副教授，主要研究方向?yàn)榫軝C(jī)械設(shè)計(jì)、MEMS技術(shù)和先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù).E-mail:zsemail@126.com.

TH136

A

1673-9965(2016)09-0713-06