發(fā)布時間：2021-10-22 01:31

　　在同步輻射光源和X射線自由電子激光等裝置上,大尺寸反射鏡通常是作為實現(xiàn)X射線反射、聚焦等功能的光學(xué)元件之一。由于這些大尺寸反射鏡的面形質(zhì)量直接影響著反射光束的質(zhì)量,因此需要很高精度的檢測技術(shù)對面形進行檢測,檢測的精度需要達到納米（高度檢測）或納弧度（斜率檢測）量級,所以大尺寸光學(xué)元件表面面形的高精度檢測成為了需要研究的重要方面。長程面形儀（LTP）和納米光學(xué)測量儀（Nano-Optic-Measurement Machine,NOM）的出現(xiàn)為大尺寸光學(xué)元件提供了重要的高精度檢測手段,尤其是NOM技術(shù)采用了將LTP與商用高精度自準(zhǔn)直儀相結(jié)合測量的思想,極大地提高了表面斜率的測量精度。NOM是利用小孔光闌來獲得直徑為毫米量級的準(zhǔn)直細光束實現(xiàn)對光學(xué)元件表面的逐點測量,但是它所使用的商業(yè)化自準(zhǔn)直儀是針對滿口徑寬光束（通常透鏡口徑為20³0mm）進行設(shè)計的,根據(jù)目前的理論計算和模擬,當(dāng)商用自準(zhǔn)直儀在細光束模式下進行測量時,會因不同入射角下f-θ透鏡的像差以及細光束發(fā)散等因素而導(dǎo)致測量誤差,對此課題組提出了大口徑細光束條件下f-θ透鏡的優(yōu)化方法,同時設(shè)計了基于單模光纖光源大口... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所)上海市

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

高斯光束的發(fā)散

基于單模光纖光源大口徑細光束自準(zhǔn)直測量系統(tǒng)的實驗研究10由此公式2.2和2.3可知，如果入射光束的波長λ、束腰半徑大孝透鏡焦距大小f確定時，可以通過改變透鏡與入射光束束腰之間的距離z來控制透鏡出射高斯光束束腰和距離z"的大小，從而得到所需求的光束。課題組目前設(shè)計的針對細光束模式的f-θ優(yōu)化透鏡，焦距f為500mm，直徑D為25.4mm，它作為大口徑細光束自準(zhǔn)直測量系統(tǒng)的f-θ透鏡，同時也是對光束進行擴束準(zhǔn)直的準(zhǔn)直物鏡。如果僅僅使用f=500mm這樣焦距較大的透鏡對光源光束進行擴束準(zhǔn)直，則透鏡后出射光束的情況如圖2.3所示。圖2.3束腰半徑17μm的高斯光束經(jīng)過f=500mm透鏡后的結(jié)果Figure2.3TheresultofGaussianbeamwithabeamwaistradiusof17μmafterpassingthrougha500mmfocallengthlens圖2.3是根據(jù)2.2和2.3式利用Matlab的計算結(jié)果，圖中是光源光束束腰半徑設(shè)為17μm，當(dāng)束腰與焦距為500mm透鏡之間的距離在480~520mm范圍變化時，透鏡后出射光束束腰位置和束腰半徑大小的變化情況，光源束腰位置剛好在透鏡焦平面處時，出射高斯光束束腰半徑有最大值6.08mm。圖中可以看到入射光束束腰要設(shè)置在透鏡前485~515mm的位置時，也就是距離設(shè)置在接近500mm焦距的附近才能使得束腰擴束到直徑毫米量級，在這種情況下會有以下兩方面的問題。在實際中光源光束束腰直徑只有微米量級，由于光束發(fā)散度太大，并且束腰距離透鏡500mm的距離又太遠，對于口徑只有20mm~30mm的透鏡來說，這樣的距離在光束傳播到透鏡前就已經(jīng)完全發(fā)散了，只有極少部分的光才能經(jīng)過透鏡，

基于單模光纖光源大口徑細光束自準(zhǔn)直測量系統(tǒng)的實驗研究12圖2.5束腰半徑17μm的高斯光束經(jīng)過f=10透鏡后的結(jié)果Figure2.5TheresultofGaussianbeamwithabeamwaistradiusof17μmafterpassingthrougha10mmfocallengthlens圖2.5可以看到，當(dāng)入射光束的束腰與透鏡之間的距離z在0~20mm變化時，出射光束的束腰半徑在0.017~0.1217mm的范圍變化。如果出射光束束腰半徑選擇最大的0.1217mm，也就是束腰位置在光源透鏡的焦平面處，根據(jù)公式2.3，那么此時出射光束束腰位置z1同樣也在透鏡焦平面處，根據(jù)盡量的減少出射光束發(fā)散角的原則，這里選擇將入射光束束腰的位置設(shè)置在透鏡焦平面處。光束繼續(xù)通過第二塊f=500mm的準(zhǔn)直物鏡，當(dāng)入射光束束腰半徑大小為0.1217mm，位置z2在400~600mm之間變化時，出射光束的變化范圍如圖2.6所示。

【參考文獻】：
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博士論文
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碩士論文
[1]基于單模光纖光源的大口徑細光束自準(zhǔn)直技術(shù)的研究[D]. 趙玉平.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所) 2018



本文編號：3450115