上海光源XAFS光束线高次谐波抑制镜系统研制

    XAFS 实验对光谱纯度要求很高。抑制晶体单色器的高次谐波含量，是得到高纯度光谱的有效方法。单色器采用 Si(111)或 Si(311)晶体可消除 2 次谐波，但是奇数次谐波并未得到抑制。事实上，更高次的谐波的含量很少，只要能抑制 3 次谐波即可满足实验要求。对于聚焦模式，聚焦镜和反射镜起到低通滤波器的作用，当光子能量大于 12 keV 时，可保证高次谐波含量小于 10^–4。对于非聚焦模式，可用双晶失谐来抑制高次谐波，当光子能量为 10 keV时，失谐角达到 0.005°时，3 次谐波含量小于 2×10^–4，光通量损失不到 20%。但光子能量更低时，现有准直镜和聚焦镜不足以抑制高次谐波，采用双晶失谐法对高次谐波抑制有一定作用，但由于 Darwin 宽度变大，要求失谐角大，运行不便。为使光子能量低至 3.5 keV 时仍有很高的光谱纯度，须有专门用于低能区高次谐波抑制镜^[1]。考虑到反射镜的造价成本，我们把谐波抑制镜置于光束线末端距光源 41 m处，采用两个小平面反射镜抑制高次谐波，两块平面镜相互平行，长宽高尺寸分别为 260、70、30 mm和 260、83、30 mm^[2]。

    1 高次谐波抑制镜系统设计

    XAFS 光束线是上海光源首批建设的七条光束线之一，主要用于 XAFS 实验。我们用一套抑制镜系统抑制高次谐波以满足 XAFS 实验要求。表 1 为该高次谐波抑制镜的设计参数。

    表 2 给出了高次谐波抑制镜两块镜子的调整要求，包括镜子投角、滚角以及在水平面内垂直光束线方向(X 方向)、竖直方向(Z 方向)的调节范围等。所有驱动调整方式均为电动。

    高次谐波抑制镜机构需满足以下功能及要求：(1) 反射镜保持平行；(2) 反射镜面间距调整；(3) 反射镜的夹持；(4) 高次谐波抑制镜的入射角调整；(5)高次谐波抑制镜投角监测；(6) 光束位置监测；(7)反射层切换(X 方向)及位置指示；(8) 非工作状态时采用 X 方向平移将高次谐波抑制镜移出光路；(9) Z方向运动。根据以上要求，整个机构主要可以分为三部分：晶体夹持机构、平移切换机构、三点调整机构。整体设计图如图 1 所示。

    晶体夹持机构由多块铝板装配成二个矩形槽，在其中装入 0.2 mm 厚垫片。装入镜子后，在不同方向采用螺栓固定。装配完成后保持两块镜子平行，间距 0.6 mm。通过三座标仪可检测两块镜子之间的关系，由此调节装配螺栓，实现设计要求。

    平移切换机构可实现镜子的横向移动。电机驱动滚珠丝杠，通过联动机构，带动整个晶体夹持机构在直线导轨上进行 X 方向运动。采用的直线导轨的导柱和直线轴承间的最大间隙为 0.008 mm。滚珠丝杠有效行程为 300 mm，偏差为 0.023 mm。整个机构处于波纹管密封之中，和镜箱内的高真空状态隔离。此机构左右两端固定，在电机带动下，丝杠带动机构中间的丝母部前后移动，根据丝母外接的连接机构，推动整个平台进行横向移动^[3]。