利用双晶形貌成像法的弯晶单色器晶面面型的精密测量

Crystal monochromator is a significant optical element at synchrotron radiation beamline. Characterization of crystal quality is very important on account of its effect on performance of the beamline. Bent crystal could redirect the X-ray beam. To evaluate the effectiveness of redirection, the lattice plane profile of bending crystal needs to be characterized. This project application propose to use double crystal topography experiment to measure the lattice plane profile comparing to optical metrology used previously. Other than measuring surface profile of crystal and rebuilding the lattice plane by the included angle between them, double crystal topography experiment measures the lattice plane which is exactly used in X-ray optics. Further, the validation of this method will provide the possibility for on line adjustment of bent crystal monochromator. This application analyze the possibility of extraction 2D information of lattice plane profile through appropriate selection of lattice planes. The applicant propose to set up double crystal topography experiment system and develop an algorithm to extract 2D information of bending crystal lattice plane profile. By supporting this project a well-established platform for bent crystal lattice plane profile characterization will be supplied to fulfill the testing and measuring requirement for bending crystals during construction and maintaining of synchrotron radiation beamlines.

单色器是同步辐射光束线中非常重要的一个光学元件。单色器晶体的质量直接影响到整条光束线的实际表现，因此对单色器晶体的表征是一个至关重要的课题。压弯晶体对X射线的传播方向有一定的调制，为评估这些调制需要对晶面轮廓进行相应的测量。相较于以往的利用可见光光学测试手段表征晶体表面面型，再通过晶面与表面的夹角反推出晶面轮廓的方案，本项目提出可以利用双晶衍射形貌实验进行晶体晶面的二维轮廓信息测量。通过直接表征晶面面型轮廓，此种方法可以做到所测即所用。最终实验方案的验证为弯晶单色器在线调试提供了可能性。通过合理选择晶面，本项目在原理上分析了二维晶面轮廓信息获得的可行性。本项目拟搭建出一套双晶衍射形貌实验测试平台，在平台上进行弯晶的二维轮廓信息测量，通过开发出相应的重建算法提取出晶体晶面的二维轮廓信息。通过项目的完成，希望能够为同步辐射光束线建设与维护过程中众多弯晶晶面轮廓的表征提供良好的测试条件。

单色器是同步辐射光束线中非常重要的一个光学元件。单色器晶体的质量直接影响到整条光束线的实际表现，因此对单色器晶体的表征是一个至关重要的课题。压弯晶体对X射线的传播方向有一定的调制，为评估这些调制需要对晶面二维轮廓信息进行相应的测量。相比于传统的离线光学测量的方式，在线测量具有不可替代的优势。在线测量相比离线测量更能直接对实际工况进行评估，尤其是为设备初装调阶段提供了一个不可替代的表征手段。本项目提出可以利用双晶衍射形貌实验进行压弯晶体形貌的在线表征，最终实验方案的验证为弯晶单色器在线调试提供了可能性。同时在线表征实验对多种工况下的弯晶的X射线光学性质进行了测量，从实验上验证了弯晶X射线光学的基本模型，为后续的弯晶单色器的设计提供了一个可以参考的理论验证实验。本项目所获得的相关研究成果均发表在国际同步辐射相关研究期刊上。同时，本项目研究过程中所使用的数据处理方法还帮助高能Laue弯晶单色器作为高能同步辐射光源验证装置 (HEPS-TF) 的一个子项目完成国家在线验收。本项目所采用的方法有可能广泛应用于晶体单色器的在线表征。