同步辐射光源是继X光源和激光光源后为人类文明带来革命性推动的一种新型光源,它以高亮度、高准直、高强度以及从红外到X射线范围内的宽广连续光谱等优异特性,应用方向的多样性成为多学科交叉研究和相互融合的重要平台。同步辐射光源及应用方法近年来迅猛发展,要求更高的光子通量、时间、空间和能量分辩以及更小的束斑,与其配套的束线工程也日趋复杂,涉及真空、机械、光学、电子控制等多个学科。一条结构合理,稳定的光束线是同步辐射光源成功应用的重要基础。将聚焦系统与晶体单色器结合形成的同步辐射弧矢聚焦双晶单色器不但具有单色化同步辐射光的能力,还能水平聚焦光束,增大单色器的水平接收角,得到高通量、高光子密度和小尺寸的像斑。弧矢聚焦晶体单色器简化了光束线系统,降低了光束线的造价,是同步辐射光束线单色器技术发展的一个重要方向。本文依托于NSRL-XAFS光束线改造工程,对用于动态能量扫描的弧矢聚焦晶体单色器中的关键技术作了系统的研究,建立对关键部件设计、制造和检测的研究经验。重点内容包括以下几个方面:1.晶体弯曲机构研制:鉴于第二晶体压弯机构是弧矢聚焦单色器机械结构中的关键部件,本文调研了国际上应用较为普遍的压弯方式,结合XAFS实验要求能量动态扫描过程中固定光斑位置的特点,研制出定心双摇杆晶体弯曲机构,其原理是施加在晶体两端的力偶转动中心绕两摇杆中心运动,呈行星机构,使得晶体弯曲圆弧始终相切于初始平面的中心线,保持晶体受光的中央区域空间位置不变,并在LTP上进行了晶体弯曲实验,验证了这一机构的可行性。系统分析比较了几种能量扫描机构及其原理,将原先用于双平晶单色器的L型联动机构改造后移植到弧矢聚焦单色器中。2.能量扫描机构的改进:将Bragg转动中心选择在第二块弧矢曲面晶体的表面,加长第一晶体的长度。既避免了扫描时照射光束在动态弯曲的弧面上移动对衍射质量和输出束斑稳定性的影响,又继承了L型联动机构仅一维转动就可实现全谱扫描的优点。3.晶体热缓释技术研究:NSRL-XAFS光束线弧矢聚焦晶体单色器的第一晶体直接面对3×0.1mrad~2的白光,表面温度很高,由此引起的热形变影响了单色器的输出通量和能量分辩。延长了双晶达到热平衡的时间,缩短了有效实验机时。为此本文对直接照射到晶面上的印斑进行光学追迹和热源分布计算,并分别建立了有无水冷两种模型,比较温度、温差、变形和热平衡时间,表明采用简单的底面间接水冷措施,就能受到很好的冷却效果,有效地减小了晶体温度和热形变,缩短了热平衡时间。4.鞍型形变抑制技术研究:分析了晶体弯曲产生鞍型形变的原理和国际上通用的抑制鞍型形变的方法,重点对肋条薄晶体和黄金比例晶体两种方法进行建模、有限元分析、设计制造与离线测量,获取了很多有用的数据。为弧矢聚焦晶体单色器的工程设计和工艺实施提供了有力依据。本论文的工作是NSRL-XAFS光束线改造前期可行性方案的研究,通过对上述几个关键技术的探讨,其结论是以弧矢聚焦双晶单色器代替原有的双平晶单色器,增大光学接受窗口、缩小样品上的束斑、提高光子密度、改善光束线的整体性能的方案是可行的。论文还根据二期工程的光源参数,现有的空间条件,经过参数优化,光线追迹计算,给出了较完善的单色器光学机构方案,使改造后照射到样品上的光子密度理论上比改造前上升了一个量级。