利用光强反馈提高上海光源BL15U线站光束位置的稳定性.PDF

第 36 卷 第 5 期 核 技 术 Vol. 36, No.5 2013 年 5 月 NUCLEAR TECHNIQUES May 2013 利用光强反馈提高上海光源BL15U 线站 光束位置的稳定性 李国强 梁东旭 闫 芬 李爱国 余笑寒 （中国科学院上海应用物理研究所嘉定园区 上海 201800 ） 摘要 上海光源(SSRF)硬 X 射线微聚焦线站(BL15U)利用光强反馈的方法提高了光束位置的稳定性。反馈控 制系统由光束线光强探测器和双晶单色器第二晶体的投角(pitch )微调机构组成，通过调节 pitch ，使光强达到 2 2 并保持在最大值，消除由单色器双晶平行度变化造成的光束位置不稳定。实验结果表明，加入反馈后显著抑 制了频率 10 Hz 以下的垂直方向光束位置晃动，将能量扫描时光束位置的稳定性提高了 5 倍以上。采用反馈 系统后，样品台处光斑垂直方向的不稳定性得到显著控制，达到预期效果。 关键词 同步辐射，光束位置稳定性，双晶单色器，光强反馈 中图分类号 TL816+ .1 上海光源(SSRF)硬X 射线微聚焦及应用光束线 的主要来源之一，夹角不稳定的因素包括地面震动、 站(BL15U)是用于微束 X 射线分析的高性能 X 射线 液氮冷却循环机构震动和环境温度不稳定，以及能 微探针装置，其 X 射线聚焦光斑尺寸小于 2 m ， 量扫描时伴随晶体转动和平移的晶体晃动等等。双 主要实验方法包括：扫描微束 X 射线荧光分析、微 晶投角方向的夹角变化将造成单色器出射光束( 即 束 XAFS 和微束 XRD[1] 。样品处光束位置稳定性是 微聚焦镜入射光束)垂直方向变化，使微聚焦光斑在 X 射线微探针的关键性能指标，因光束位置的不稳 垂直方向发生位移，夹角变化  造成的聚焦光斑 定，一方面降低实验的空间分辨，另一方面有可能 位移 z 可用下式计算： 导致错误的实验结果。因此，X 射线微探针装置通 z = 2f · (1) 常要求光束位置晃动幅度小于光束尺寸的 1/10。正 式中，f 是微聚焦镜的焦距。在该光束线中 f 约为 常情况下，BL15U 线站在固定 X 射线能量时的光束 50 cm，所以晶面夹角变化 1 rad 将导致聚焦光束 位置稳定性能达到上述要求[2] ；但长期实验发现， 位置变化 1 m 。 微聚焦光斑有时在垂直方向有明显的晃动。此外， 利用反馈控制提高光束位置稳定性是光束线上 在进行能量扫描实验(XAFS)时，垂直方向光束位置 常用的手段，通常的反馈控制采用 1−2 个高分辨的 随能量变化有较大幅度的变化。我们在分析上述光 光束位置探测器(BPM)实时探测光束位置或角度的 束不稳定状况的基础上，发展了一种利用光强反馈 变化，用 BPM 信号反馈控制束线上的光学元件， 提高光束位置稳定性的方法。 达到使光束位置或方向不变的目的[3] 。目前，BL15U 光束线上尚无可实时监测光束位置和方向的高分辨 1 光束位置的反馈控制方法 BPM ，我们利用双晶单色器传输效率与两晶体晶面 投角夹角的关系，发展了基于光强极