晶体弧矢弯曲鞍型变形抑制技术的研究

为了降低同步辐射弧矢聚焦单色器第二晶体弯曲过程中鞍型变形对衍射性能的影响,本文重点讨论背面加肋、黄金比例和等分变形槽三种鞍型形变的抑制技术,通过模拟计算、参数优化、试件制作和离线测量,从理论和实验两方面分析比较它们抑制效果。选择黄金比例γ=1.42弯曲模型为NSRL-XAFS光束线弧矢聚焦晶体单色器的改造升级方案。     

Φ450 mm口径空间天文相机轻量化碳化硅主反射镜组件设计

针对某空间天文相机对轻量化、光学效率、杂光抑制与探测能力的需求,设计Φ450 mm口径碳化硅主反射镜,镜体轻量化率超过70%;选取线膨胀系数匹配的殷钢材料,设计基于两脚架柔性结构的侧面支撑以消除装配应力和热应力,通过渗硅改性获取高反射率光学镜面。光学加工完成后反射镜质量7 kg,反射率优于98%。在严格的工艺条件控制下,对反射镜组件进行精密装配。光学检测结果表明,反射镜装配完成后面形误差优于0.02λ RMS,与分析结果吻合。证明了空间天文相机主反射镜组件结构设计方案与装调工艺的合理性,满足空间天文相机光学设计要求。     

NSRL-U7C双晶单色器热载影响与计算分析

在测试合肥国家同步辐射实验室(NSRL)U7C X射线吸收精细结构(XAFS)光束线双晶单色器(DCM)热载影响基础上,进行了单色器在无水冷却、辐射散热条件下热平衡动态过程分析,并运用有限元方法对第一晶体作了热-结构耦合计算,得到晶体热平衡所需时间、温度梯度分布及由此产生的热应力形变与面形误差等;同时对拟增设的普通底面水冷方式作了比较分析.     

KZ-400离子束刻蚀装置设计中的若干真空问题

本文解决了KZ-400离子束刻蚀装置设计中遇到的若干真空问题.通过抽速计算选择了合理的真空配置;用有限元分析软件ANSYS计算了真空室的受压形变,优化了真空室的结构,采取了合理的误差补偿措施;并通过摩擦润滑试验和质谱分析检测了二硫化钼润滑剂的真空润滑性能,解决了工作台扫描运动的有效润滑.     

矢量波像差理论在无遮拦三反光学系统设计中的应用

传统的无遮拦三反射镜光学系统设计是先设计轴对称反射系统,然后通过偏光瞳、偏视场或者两者结合的方法来实现系统无遮拦设计,系统中不可避免地用到了离轴非球面反射镜。以矢量波像差理论的相关结论出发,将反射镜的倾斜作为系统的优化变量,利用轴对称非球面反射镜实现了无遮拦三反射系统的设计。分析了此种系统的设计思路及步骤,设计了焦距为1 000 mm、视场角为1020、F数为10的三反射镜光学系统,系统结构紧凑,成像质量接近衍射极限。该系统与其他无遮拦三反光学系统相比,最大的优点是系统中的非球面均为轴对称反射面,极大地降低了系统成本。     

离轴反射光学系统像差特性研究

以轴对称光学系统的初级矢量波像差理论为基础,通过引入孔径缩放因子和孔径偏移矢量,获得了离轴反射光学系统初级像差特性。通过分析可知:离轴反射光学系统的初级像差依然由球差、彗差、像散组成。由于孔径缩放因子存在,离轴反射光学系统的波像差系数均有不同比例的减小,且轴对称光学系统的高级孔径像差会在对应离轴光学系统中引入较低阶孔径像差,例如轴对称光学系统未校正球差,对应的离轴光学系统除过球差外还将引入彗差、像散等。相比于轴对称光学系统的像差,由于孔径偏移矢量的引入,离轴反射光学系统的像差不再关于中心视场旋转对称,有可能在轴外视场产生像差零点。     

曲面切槽晶体单色器性能分析与测量

本文给出了用于同步辐射分光谱仪中的曲面切槽晶体衍射性能的理论计算和实际测量.通过与常规对称结构的双平晶衍射比较分析,影响曲面晶体衍射效率、衍射角宽和束斑漂移的主要因素是曲面晶体在光束照射区内斜切系数的变化率以及两工作曲面对Bragg转轴的定位偏差.指出提高曲面形状制作精度、减小定位误差、增大曲面切槽晶体的尺寸是改善曲面晶体衍射性能的有效途径.     

同步辐射X射线双晶单色器联动机构

提出了一种实现固定空间输出位置同步辐射双晶单色器的方法及联动机构。分析了基于Bragg衍射原理的此类X射线双晶单色器发展状况,尤其是在能量扫描过程中,通过运动补偿实现出射光束方向与位置固定的方法,总结了各种机械联动机构。在综合凸轮耦合运动机构及直角联动机构运动特点基础上,详细描述了国家同步辐射实验室成功研制的X射线双晶单色器L型联动机构特征,其融合了二者的优点,简化了结构与运动,重点分析了其结构原理与运动关系,以及机构运动的实现与第二晶体自身微调,并对其性能做了进一步的讨论。测试结果表明,L型联动机构完全适用于实现3.1~12.4 keV整个能量范围的全谱扫描实验研究。     

KZ-400离子束刻蚀装置的研制

日前我室为制作大口径(400 mm×400 mm)衍射光学元件需要,成功研制了一台KZ-400离子束刻蚀装置。它是基于物理溅射效应,将基底匀速扫描条形离子束,连续铣削材料的原子层来实现大面积刻蚀。通过对关键部位的有限元计算,分析影响装置性能的主要因素,优化工艺结构,使各项指标达到了设计要求,现已投入运行。     

弧矢压弯晶体的力学性能与形位误差分析

介绍了利用柔性铰链机构对弧矢聚焦双晶单色器中第二晶体进行动态压弯的工作原理,优化了压弯机构和晶体的几何参数,然后应用有限元方法模拟分析压弯装置与晶体的力学性质,最后分析了弯晶的形位误差并计算因此造成的弯晶光束入射角的变化。分析结果表明:替换后单色器的水平接收角由1 mrad增加到3 mrad,样品上光斑的水平半高宽由12.5 mm减小到2.5 mm。优化后晶体因压弯产生的鞍形曲率半径约为弧矢曲率半径的1 700倍,造成的入射角误差为2.2 μrad;压弯装置上的最大平均应力约为800 MPa,并由此确定了以铍青铜作为压弯机构的材料,晶体的曲率半径为0.57~1.72 m和驱动力为8~2.67 N时的线性关系。分析结果表明:该单色器的设计完全达到了设计指标,在提高光子通量和光子密度的同时又能满足XAFS光束线测量过程中需要频繁快速扫描的要求。