微振动对双晶单色器稳定性影响的研究

With the development of synchrotron radiation and beamline technology, the requirement of stability at beamline sample point is 1μm. Vibration is often a problem causing poor quality of photon beams at synchrotron radiation facilities, since optics of the beamline are quite sensitive to Macro vibrations.Therefore, vibration analysis and control at stability beam is crucial. To improve the stability of the beam,study of the micro vibration effect on double crystal monochromator stability is needed. Characterization of the dynamic performance of DCM is decided the vibration response. In order to verify FEA result, hammer stimulating method was used to measure the modal of DCM. Brought transfer function into ME’scope to calculate natural frequency and mode shapes of the mechanical structure. Laser interferometer, whose could provide a high resolution and high sampling measure of the positon (or angle) variation, was used to measure dynamic performance of the DCM. The stability of DCM measured on X-ray test beamline has a minimum error, which eliminate the influence of some environment. Through the study of the project, the dynamic performance of DCM could be analysis by FEA and measured by accelerometers. X-ray test beamline have capability to test the micro vibration influence. Development of on-line stability measurement method is very important for future high stability beamline construction.

随着同步辐射和光束线技术的发展，样品处光斑的稳定性要求达到1μm，光束线的光学元件对微振动非常敏感，微振动的分析和控制是实现高稳定光束的重要基础。研究微振动对双晶单色器稳定性的影响，有利于提高出射光束的稳定性。从动力学角度分析和测量单色器结构特性，用ANSYS进行模态分析，ME’scope分析多点激励多点响应方法测量的传递函数，获得结构的固有频率和振型；将光学测量方法应用于测量结构的动力学性能，极大的提高了振动测量的精度，准确验证了谐响应分析的结果；运用X光学测试线进行在线的检测，极大的降低了环境因素引起的测量误差。通过本项目的研究，建立单色器动力学特性的分析和测量方法，定量描述光学元件对环境振源的响应，完善稳定性的离线测试方法，发展高精度的在线检测技术。本项目可以解决微振动影响光束稳定性中的重要难题，对于高稳定同步辐射光束线的发展具有重要意义，同时也推动国内X光学在线检测能力的提升。

随着同步辐射实验方法的发展，对于光斑的稳定性要求达到了微米量级，单色器作为光束线的核心部件，其稳定性对于出射光位置的漂移有着极大的作用。根据双晶单色器的工作原理，双晶角度的振动是主要的影响因素，需要对其角度的微振动特性进行详细的研究。.首先测量单色器工作环境的振动，上海光源实验大厅地基随机振动幅值具有周期变化的规律，其中1-4Hz的低频振动为随机振动中的主要部分，实验大厅地基低频区2-10Hz具有较好的隔振效果。在上海光源实验大厅中，距离为10m的测试点在2.5Hz以内的随机振动的互相关大于0.9；距离超过10m时，两点随机偏差大于50nm，超过随机振动RMS振幅的20%。.建立了一种基于双频激光干涉仪测量单色器晶体角度稳定性的新方法，并搭建测试平台验证了方案的可行性。该方案可实现晶体角位移的高频采集，分辨率高达25nrad，所测结果经FFT变换后能够有效地表征对晶体稳定性产生影响的特征频率，并能准确分析出不同振源影响下晶体角度微振动的情况。利用该系统对双晶单色器在不同工况下的双晶的角度的振动进行了测量，结果表明单色器的固有频率在74Hz，真空条件不改变单色器的固有频率，会降低振幅；液氮不但引入液氮机组的振动，还会使双晶的角度振动特征频谱偏移。.通过在线的检测进一步验证了离线的结果，两者的频谱特性基本吻合，在线的振动幅值转化为角度约为100nrad。双晶单色器出射光的位置的飘移耦合了能量和位置的飘移两个参量，通过四晶分析晶体分离出能量分量的影响，可以进一步精确的表征单色器在线的稳定性的特性。.微振动对双晶单色器稳定性影响的研究，采用离线和在线相结合的方式，对双晶单色器的稳定性进行测试，加深双晶单色器的振动特性的理解，积累了大量的数据，并根据结果优化了晶体的夹持机构，降低了振动对双晶角度振动的影响。