[發明專利]一種用于高重頻自由電子激光的X射線光柵單色器

在審

• 申請號: 202010819111.0
• 申請日: 2020-08-14
• 公開（公告）號: CN111829953A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 張開慶;馮超;劉濤;劉波;趙振堂
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海高等研究院
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/25;G01N21/17
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪

本發明提供了一種用于高重頻自由電子激光的X射線光柵單色器，包括沿入射光的光路的走向依次排布且位于同一水平面上的光柵、第一反射鏡、第二反射鏡和第三反射鏡，光柵和第三反射鏡位于入射光所在的第一光軸上，且第一反射鏡與第二反射鏡的連線與所述入射光的入射方向平行；入射光為高重頻自由電子激光，光柵沿豎直方向可切換位置，從而有效減少高重頻自由電子激光對光柵的破壞。本發明的X射線光柵單色器的光學元件均位于同一水平面上，并采用沿豎直方向可切換位置的光柵，使得自由電子激光打在光柵的不同位置，減小光學元件的熱沉積，從而降低光柵單色器的光柵在局部位置的破壞，使得光柵單色器可以運行在更高重復頻率的自由電子激光裝置下。

技術領域

本發明涉及X射線光學儀器領域，具體涉及一種用于高重頻自由電子激光的X射線光柵單色器。

背景技術

X射線光柵是一種重要的光學元件，由于可以對一定波長范圍的光產生色散，被廣泛用于光譜儀、光學單色器等儀器設備上。現有的X射線光柵都是采用單層光學材料鍍膜，由于單光學材料的特性單一，這種光學元件往往不能同時保證分辨率與使用壽命。

X射線單色器是一種非常重要的儀器設備，被廣泛應用于同步輻射光源的光學分辨、光譜凈化等方面。現有的X射線單色器，根據單色波長和單色器材料的不同，可以分為基于光柵的軟X射線單色器和基于磚石晶體的硬X射線單色器。現有X射線單色器長度很長、占地空間大、功能單一，不能用在超高重復頻率的自由電子激光裝置上。

對于高重復頻率、高功率的自由電子激光裝置來說，對光柵鍍膜材料的破壞是不可避免的，這會導致單色器分辨率降低設置不能使用，目前的X射線光柵單色器不能有效的解決該問題。

在現有技術中，美國直線相干光源D.Cocco等人在PROCEEDINGS OF SPIE(美國工學工程學會會議)會議期刊2013年第8849卷第88490A-1頁的文章“The Optical Design ofthe Soft X-ray Self Seeding at LCLS”(美國直線相干光源自種子自由電子激光方案的光學設計)中報道了美國直線相干光源自種子自由電子激光單色器的設計，該方案中的光柵采用單材料鍍膜，光柵采用環面面形，單色器整體設計采用固定光柵位置的方案，光柵位置不能橫向移動。該方案采用的環面光柵，加工難度大，對面形要求高，光柵的位置不能移動。該方案能夠運行在常溫型自種子型自由電子激光運行模式下，但在高重頻運行模式下光柵的熱負載會加重，因此該方案不能運行在高重頻自種子自由電子激光運行模式下。

美國直線相干光源D.Ratner等人在Physical Review Letters(美國物理評論快報)雜志2015年第114卷第054801-1頁的文章“Experimental Demonstration of a SoftX-Ray Self-Seeded Free-Electron Laser”(軟X射線自種子自由電子激光的實驗驗證)中報道了美國直線相干光源自種子自由電子激光單色器的實驗，該實驗中的單色器采用上文的D.Cocco在期刊中提到的設計方案，該單色器主要用途是用于自種子自由電子激光運行模式，美國直線相干光源(LCLS)完成了世界唯一完成的自種子自由電子激光運行模式實驗。該裝置是運行在100Hz這種低重復頻率模式下的，因此不需要考慮熱負載對單色器的破壞。

目前高重復頻率模式已經成為自由電子激光領域一個重要發展方向，但對于高重頻自種子自由電子激光運行模式，由于目前上述實驗中的光柵不能橫向移動，隨著裝置重復頻率增加，會逐漸對光柵造成破壞性的影響，從而導致分辨率降低，因此上述裝置還不能用于高重頻自種子自由電子激光運行模式下，不適用于現在世界上都在建設1MHz(10⁶Hz)這種高重復頻率的自由電子激光裝置。高重復頻率運行對光柵會照成破壞性的影響或會影響光柵分辨率，從而影響自種子型自由電子激光運行模式的實際運行。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于高重頻自由電子激光的X射線光柵單色器，以在高重頻運行模式下有效地保護光柵。