一种真空压弯式弯晶

技术领域

本发明涉及一种真空压弯式弯晶，属于X射线光学元件领域。

背景技术

X射线弯晶内部原子在空间上有序排列，晶格间距为纳米量级与X射线波长相近，可以实现对X射线的衍射,具有很高的能量分辨率。高能量分辨弯晶广泛应用于X射线波长分散检测系统，如波长分散X射线荧光光谱、X射线发射光谱和X射线吸收光谱。

目前弯晶主要有机械动态压弯和沾粘两种方式。机械动态压弯法对使用机械结构对晶体进行动态弯曲，可以动态调节弯晶的曲率半径。该方法压弯结构受力点不均匀，导致弯晶的面形及曲率半径精度不高。另一种是沾粘法。沾粘法通过将曲面基底和单晶晶片沾粘固定连接，使得单晶晶片可以保持曲面基底的面形。该方法目前主要分为两类，一类是在单晶晶片和曲面基底之间使用胶水进行沾粘固定。由于胶水厚度存在一定的不均匀性，这种方法面形复制能力变差。此外，沾粘法单晶晶片与曲面基底一对一贴合。对于需要改变弯晶面形的情形，需要和曲面基底数量相同的单晶晶片进行沾粘，成本较高。另一类是采用阳极键合的方法。单晶晶片和曲面基底之间直接通过阳极键合工艺产生稳定的化学键，键合力较强，同时面形复制能力较好。但这种工艺只适用于硅、锗、石英等少数半导体材料，弯晶的材料选择范围受限。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有弯晶方式晶片材料选择范围受限、弯晶受力点不均匀及晶片与曲面基底不贴合的问题。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是提供了一种真空压弯式弯晶，其特征在于：包括壳体，所述壳体上设有X射线入射口，从X射线入射口到壳体内部沿X射线入射方向依次设置X射线透射膜、单晶晶片和曲面基底，所述X射线透射膜、壳体的侧壁和底面形成密封腔体，所述密封腔体上设有用于抽真空的排气口，进行晶体压弯时，密封腔体内产生负压，大气压将X射线透射膜柔性地贴合在单晶晶片和曲面基底上。

优选地，所述壳体包括顶座、腔室和底座，顶座通过腔室和底座连接，所述X射线入射口设在顶座上，曲面基底设在底座上，X射线透射膜设在顶座和腔室之间，X射线透射膜、腔室和底座形成密封腔体。

优选地，所述底座上设有凹槽，所述曲面基底通过凹槽固定在底座上。

优选地，所述顶座与腔室之间、腔室与底座之间通过密封圈密封。

优选地，所述X射线透射膜为聚酰亚胺薄膜材料或聚氨酯材料。

优选地，所述曲面基底的曲面为球面、柱面、双曲面或抛物面；所述曲面基底的形状为长方形、正方形或圆形。

优选地，所述单晶晶片的材料为硅、锗、石英、蓝宝石或高定向热解石墨。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、单晶晶片材料选择不受限：采用真空压弯的方式，物理压弯的方式不受限于特殊工艺，各种单晶晶片均可进行压弯，极大地扩展了弯晶的材料选择。

2、受力均匀：采用了真空抽气静态压弯结构，利用大气压对单晶晶片和曲面基底柔性地施加应力，受力均匀，结构稳定，同时避免了振动对机械结构稳定性的影响。

3、弯晶面形可变：同一块单晶晶片可以搭配不同面形的曲面基底，降低制造成本。

4、弯晶光学元件面形精度高：可以直接将单晶晶片和曲面基底贴合，中间无需用胶。更好地复制曲面基底的面形，保持较高的面形精度。

附图说明

图1为本发明一种真空压弯式弯晶剖视图；

图2为本发明一种真空压弯式弯晶结构示意图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

本发明一种真空压弯式弯晶包括壳体，壳体上加工有X射线入射口2，从X射线入射口2到壳体内部沿X射线入射方向依次设置X射线透射膜3、单晶晶片4和曲面基底5。壳体可采用长方体造型，包括顶座7、腔室8和底座9，顶座7通过腔室8和底座9固定连接，顶座7与腔室8之间、腔室8与底座9之间通过密封圈6密封。

X射线入射口2加工在顶座7的上表面，底座9上加工有凹槽，凹槽的形状及尺寸和曲面基底5的底部相同，曲面基底5通过凹槽固定在底座9上。X射线透射膜3设在顶座7和腔室8之间，X射线透射膜3、腔室8和底座9形成密封腔体，密封腔体上加工有用于抽真空的排气口1，排气口1设在腔室8的外侧并伸出于腔体8，用于连接气阀和真空泵进行抽真空操作。

曲面基底5的曲面可以设计为球面、柱面、双曲面或抛物面，形状可以是长方形、正方形或圆形，该曲面基底5的曲面形状决定弯晶光学元件的面形，如设计成尺寸为50*100mm的长方形，则弯晶光学元件的尺寸为50*100mm。

单晶晶片4的材料为硅、锗、石英、蓝宝石或高定向热解石墨等；单晶晶片4的晶面间距不同，决定了弯晶光学元件的X射线衍射分光性能。X射线衍射要满足布拉格定律，即

X射线透射膜3采用聚酰亚胺薄膜材料或聚氨酯材料，该材料具有很高的X射线透射率，同时具有高弹性拉伸性能。

进行晶体压弯时，真空泵通过打开状态的气阀将密封腔体内的空气抽出，密封腔体内产生负压，大气压会将X射线透射膜3柔性地贴合在单晶晶片4和曲面基底5上，并且受力均匀，结构稳定。

进行X射线实验时，密封腔体内保持负压，单晶晶片4贴合在曲面基底5上。X射线通过X射线透射膜3入射到弯曲的单晶晶片4上，最终实现高能量分辨X射线波长色散。