高真空低温环境中的样本定位

采用同步光束进行脉冲激光沉积(PLD)原位表征

利用六轴样本操纵器获取的真空室内视图（图片：由弗拉斯卡蒂INFN LNF的Augusto Marcelli博士和意大利米兰比可卡大学的Valter Maggi博士提供）

根据南极洲和阿尔卑斯山脉的深冰芯中的粉尘对气候变化和冰河形式进行的研究需要寒冷和无污染样本环境。仪器需在低温环境以及温度为‐50摄氏度的高真空室（10–7百帕）中进行操作。

粉尘的结构和成分通过X-射线吸收光谱、X-射线荧光和X-射线衍射实验进行研究。分析需要对样本极其复杂和非均匀的表面进行映射，且精度需达微米级。

这一任务通过一个SpaceFAB定位机器人完成，其可在所有直线和角度方向上实现六自由度运动。SpaceFAB专门针对高真空使用而定制，极其紧凑，配备真空兼容型步进电机，可适用于-50至+80摄氏度的温度范围。

此实验为位于意大利弗拉斯卡蒂INFN LNF的CryoAlp项目的一部分。该研究有一部分在SSRL开展，而SSRL是斯坦福大学代表美国能源部基础能源科学办公室运作的一个国家用户装置。

该六轴显微操纵器在-50摄氏度下通过合格验证

经测量，绝对位置精度为10微米（线性）和50微弧度（角度），重复精度仅为100纳米和10微弧度。干涉测试显示1分钟内的平均静态稳定性高达20纳米，从而可实现对样本的彻底检验。

高真空中的样本操纵器

采用同步光束进行脉冲激光沉积(PLD)原位表征

在ANKA同步辐射装置（卡尔斯鲁厄，德国）的NANO光束线中，同步辐射的X-射线衍射和反射可用于研究薄膜在真空条件下的结构属性，这也是现代材料研究的一部分。

为了在光束线中直接使用，开发了一体化系统，其中脉冲激光用于将固体靶材带到气相中，然后使其沉积作为衬底上的一层。光束线PLD系统的特点是激光加热（可将衬底加热至1200摄氏度）以及简便加载。一个特殊特征是：由于样本操纵器的尺寸小，即使衬底高度较低，也可实现X-射线的较宽角度范围。

样本操纵器中的六足位移台

面样品操纵器，六足位移台

在样本操纵器中，由PI设计的用于高真空的六足位移台可相对于入射X-射线定位样本，即10 毫米 × 10 毫米的衬底，使样本可以0.001度的分辨率绕X和Y轴倾斜±5度。此外，为了补偿层厚度差，它可沿Z 轴（即垂直于样本表面的方向）进行移动，最大移动量为3毫米。同时，系统沿X和Y轴方向的移动量可达 ±6毫米，从而可以扫描到 样本表面的不同位置。六足位移台固定在转台上，需要时可执行进一步的定位任务。

为X-射线衍射实验定位真空室

在瑞典MAXlab的储存环MAX II处，光束线I811专用于通过X-射线吸收光谱进行材料科学研究以及表面科学X-射线衍射实验。

提供一个多用途衍射仪用于表面、界面、薄膜和一般X-射线散射实验。一个H-850（之前为M-850）标准六足位移台安装在衍射仪上，用于将真空室与光束中的样本对准。由于其具有六个自由度，可在任意方向上定位20至50千克的真空室，且重复精度小于1微米。

X射线检测器的定位

分析FEL同步辐射与物质间的相互作用

作为SLAC（斯坦福线性加速器中心）的组成部分，直线性连续加速器光源(LCLS)本质上是一台自由电子激光源(FEL)，它产生超高亮度的同步辐射。利用此辐射，可开展许多先进实验，例如非线性X-射线物理学实验或纳米结构的单次激发成像等。目前正在原子、分子与光科学光束线(AMO)装置上开展一项实验，以期深入了解FEL同步辐射与原子、分子和团簇之间的相互作用。

使用电子和离子光谱或X-射线衍射来检测样品中由激光辐射触发的反应。为了同时记录散射X-射线光子以及强X-射线脉冲与样品相互作用所产生的离子和电子，采用了对X-射线高度敏感的pnCCD相机，此相机必须具有非常精准的定位并达到极高的可重复性。此相机以高达每秒1000幅图像的帧速率记录单个像素上的完整光谱。由于检测器采用并行架构，因此主激光束在检测器零件之间通过时不会造成任何损坏。

为了定位这两个X-射线检测器，PI开发了一款紧凑型线性平移台，该平移台包括一个导向装置和两块独立的活动板。检测器能够在50毫米的行程内朝0“关闭”位置独立运动；检测器之间的最大距离为100毫米。平台的运动由分辨率为50纳米的绝对测量线性编码器控制。

在对两个检测器进行相应定位时，可在广角范围内记录散射的X-射线，并且可从空间和光谱的角度对其进行评估。这款线性平台设计用于高达10–9百帕的超高真空，选用不锈钢材质。

长期定位

10-7百帕时具有高精度

实现高期望： 光栅在超高真空达10-7百帕下的堆叠四轴定位

位于瑞士光源(SLS)的先进共振光谱(ADRESS)光束线是一条高性能软X-射线波荡器光束线，工作能量范围为300电子伏特至1.6千电子伏特。它的RIXS终端站用于共振非弹性X-射线散射，是基于SAXES—一款高分辨率分光仪，用于400至1600电子伏特能量范围内的软X-射线，由保罗谢勒研究所和米兰理工大学共同开发。

实验装置采用VLS（变间距）光栅，其可进行角度重新定位，以减小在两个及以上能量上操作时高阶光学畸变造成的光谱线宽退化。针对这一任务，PI设计了一个系统以在多个自由度内移动和定位光栅：倾斜以改变角度、滚动、垂直定位和水平横向移动以使用第二个可选择的光栅。

这一长期定位任务要求运动具有高精度：Z向对准32毫米和晶体选择155毫米的分辨率各为1微米，±5度内的角运动的分辨率为20微弧度。此外，整个系统在10-7百帕的真空环境中应可保持长期稳定。