谱学显微光束线光斑水平漂移分析与检测

　　1 引　言

　　上海光源(Shanghai　Synchrotron　RadiationFacility，SSRF)是第三代同步辐射光源，由100MeV电子直线加速器、3.5 GeV增强器、3.5GeV电子储存环、沿环外侧分布的同步辐射光束线和实验站组成[1]。首批建造的软X射线谱学显微光 束 线 站 采 用EPU(Elliptically　PolarizedUndulator)作为插入件光源，其设计目标是在保证一定能量分辨能力的前提下，实现250～2　000eV光子能量的高通量输出。

　　根据束线设计要求，采用国际上广泛使用的变包含角平面光栅单色仪 (Variable-included-anglePlane　Grating　Monochromators，VAPGM)作为束线的分光装置[2-6]。该单色仪属于SX700改进型，两个光学元件同时转动，和其他类型单色仪相比，其自身结构及机械运动方式较为复杂[7-9]。谱学显微光束线光斑水平漂移受单色仪机械精度的影响，在很大程度上限制了光束线整体性能的提高。

　　本文以提高软X射线谱学显微光束线站整体性能为目的，分析单色仪机械精度对光斑水平漂移的影响;结合自准直原理，提出光斑水平漂移重复精度的检测方法。利用该方法完成了对SS-RF软X射线谱学显微光束线站光斑水平漂移重复精度的检测。检测结果表明，该方法简单有效，可获得较高的检测精度，满足现场检测的要求。

　　2软X射线谱学显微光束线站

　　光束线站布局如图1所示。从EPU出射的同步辐射光经过第一块柱面镜(M1)后在水平方向上偏转3.44°，准直弧矢面上的入射光，同时兼作光子能量吸收器。准直后的平行光经前置平面镜(PM)反射，入射到平面光栅(PG)表面。单色化的光束从PG出射，以1.5°的掠入射角打在超环面镜(M2)上。M2将单色平行光聚焦于一个直径约50μm的出射狭缝(S)。S又作为波带片的光源聚焦到样品，以实现扫描显微镜的高空间分辨。

　　3　单色仪工作原理

　　光束线的主要部件是一台VAPGM单色仪，其工作原理及坐标定义如图2所示，主要光学元件由PM和PG组成。图中，φ为平面镜的掠入射角，α、β分别为光栅的入射角和衍射角[10]。

　　定义Cff为聚焦常数，其可在1.8～2.5间调节。若能满足式(2)，则在PG后可得到一个固定位置的虚像，后经M2，将光束聚焦在单色仪的出缝位置。扫描过程中为满足式(2)，要求包含角必须是变化的。工作时，PM、PG通过各自驱动滑台在精密导轨上的移动，实现PM绕镜面外转轴转动，以及PG绕自身工作表面中心转动，进而改变包含角(2θ=α-β，β<0)，实现波长扫描。

　　结合光栅衍射方程

　　式中，d为光栅刻线间距，λ为波长，取m=+1。由式(4)可知，通过获得精确的角度位置，即可得到相应的波长[2]。