【摘要】：同步輻射光源不斷發(fā)展,從最初的高能物理加速裝置到第四代光源自由電子激光,光源的性能不斷提高。光束線作為連接光源和實驗站的橋梁,需要能夠充分利用光源的特性,因此對光束線的光譜分辨率、光傳輸效率等方面提出了更高的要求。光束線的核心是單色器,在軟X-光波段中,有三種主要的單色器：定包含角球面光柵單色器(Dragon)、變包含角平面光柵單色器(SX-700類)和變線距光柵單色器。由于變線距光柵單色器中光學(xué)元件少和元件面型簡單,容易實現(xiàn)高的光譜分辨率和達(dá)到高的傳輸效率,近年來得到了廣泛應(yīng)用。本文討論變線距光柵單色器原理、設(shè)計及實現(xiàn)高光譜分辨率需要的關(guān)鍵技術(shù)。主要內(nèi)容包括： 1、合肥光源(NSRL)重大改造中的表面物理光束線建設(shè)。表面物理光束線從真空波蕩器中引出,覆蓋的能量范圍為20-600eV,整個光束線的長度為19300mm。前置聚焦系統(tǒng)采用柱面鏡垂直放置5：1聚焦到入射狹縫,采用自聚焦平面變線距光柵單色器作為分光系統(tǒng),后置聚焦系統(tǒng)采用超環(huán)面鏡在兩個方向上聚焦到樣品處。光束線的技術(shù)指標(biāo)為：光通量5×1010photons/s@29eV,樣品處光斑0.2x0.1mm2,能量分辨本領(lǐng)10000(E/△E)@29eV。 2、大連化物所相干光源(DCLS)光束線建設(shè)。DCLS作為第四代同步輻射光源,具有輻射波長可調(diào)、不受電子躍遷能級的限制；頻譜范圍廣；亮度和峰值功率極高、且可調(diào)；相干性好,又有偏振性；具有短脈沖時間結(jié)構(gòu)、且時間結(jié)構(gòu)可調(diào)等諸多優(yōu)點。建成后的DCLS將是世界上第一臺工作在極紫外波段(50-150nm)的自由電子激光器。 同基于儲存環(huán)的同步輻射光束線相比,四代光源的光束線設(shè)計將會面臨新的挑戰(zhàn)。比如光源脈沖結(jié)構(gòu)與光譜分辨的關(guān)系,高瞬時功率對光學(xué)元件鍍膜的影響,光源的光譜在線診斷等。DICP-FEL共建有四條分支光束線,每條分支光束線分時用光,光源點(飽和長度)在6m-12m內(nèi)變化。各條光束線光學(xué)傳輸效率(反射率)不同,最高可達(dá)85%,最低的可達(dá)到45%,可以根據(jù)需要開展實驗。利用超環(huán)面鏡和平面變線距光柵構(gòu)成了光譜儀,用于對光源進(jìn)行在線的診斷,光譜診斷系統(tǒng)的分辨本領(lǐng)達(dá)12000。在FERMI@Elettra實驗室,其光譜診斷系統(tǒng)的波長掃描是通過兩個相互垂直的直線導(dǎo)軌配合工作。本方案直接將聚焦曲線擬合成圓,通過弧形導(dǎo)軌實現(xiàn)波長掃描,精度以及穩(wěn)定性將會更加強,具有創(chuàng)新性。 3、光柵單色器的高光譜分辨不僅與光學(xué)設(shè)計相關(guān),同工程實施中的各項誤差控制等關(guān)鍵技術(shù)也息息相關(guān)。掌握相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù),是保證實現(xiàn)光學(xué)設(shè)計的高光譜分辨率指標(biāo)的基礎(chǔ)。這些關(guān)鍵技術(shù)主要包括：高精度直線導(dǎo)軌、轉(zhuǎn)角測量機構(gòu)、光學(xué)元件檢測技術(shù)、狹縫在線檢測技術(shù)、光束線安裝準(zhǔn)直技術(shù)和單色器調(diào)試技術(shù)等。本文對這些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了相應(yīng)的研究,其中狹縫的寬度在線檢測、對光學(xué)元件裝夾的研究以減少裝夾對元件面形的影響等都具有創(chuàng)新性。 高精度直線導(dǎo)軌是單色器中的波長掃描機構(gòu)的關(guān)鍵部件,它推動正弦桿轉(zhuǎn)動,帶動光學(xué)元件轉(zhuǎn)動從而實現(xiàn)波長掃描。為了實現(xiàn)表面物理光束線的光譜分辨率,自行研制了行程150mm,分辨率30nm的高精度直線導(dǎo)軌。同時表面物理光束線還采用了一套角度測量機構(gòu),通過光柵尺直接測量光學(xué)元件的轉(zhuǎn)動角度,該角度測量機構(gòu)的分辨率可達(dá)0.05"。通過高精度直線導(dǎo)軌和轉(zhuǎn)角測量機構(gòu)配合,精確標(biāo)定光學(xué)元件的轉(zhuǎn)角以及對應(yīng)的波長。 光學(xué)元件的測試對象主要包括光學(xué)元件的面形誤差以及光柵的刻線精度。利用長程面形干涉儀對表面物理光束線單色器中的光學(xué)元件的面形誤差進(jìn)行測量,結(jié)果顯示光學(xué)元件的面形精度滿足要求。利用實驗室自建的二維線密度系統(tǒng)對平面光柵的刻線精度進(jìn)行檢測,4001/mm光柵的線密度精度為3-7×104,12001/mm光柵的刻線精度為1-3×10-5。 在表面物理光束線中,狹縫的開口寬度比較小,最小值達(dá)131am,同時真空環(huán)境和大氣環(huán)境下狹縫的開口大小會發(fā)生改變,因此需要對狹縫寬度有一個較為精確的測量。搭建了一套狹縫寬度在線系統(tǒng)對狹縫寬度進(jìn)行測量,該測量系統(tǒng)的測量精度在±5μm以內(nèi)。 作為光束線的核心部件,單色器的部件離線調(diào)試和光譜分辨率直接相關(guān)。單色器的安裝調(diào)試包括離軸轉(zhuǎn)動參數(shù)的測試以及雙軸平行性的測試、安裝準(zhǔn)直技術(shù)。離軸轉(zhuǎn)動參數(shù)最終測得和理論值有所差別,但是偏離光柵中心量在0.07mm以內(nèi),對能量的影響在10-4eV以內(nèi),而雙軸平行性誤差在±5"以內(nèi),這些誤差為實現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的光譜分辨率奠定了基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TL503

【共引文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 景敏;由物像位置關(guān)系得出的透鏡成像判斷方法[J];安康師專學(xué)報;2005年05期

2 王婷;胡躍明;戚其豐;楊立玲;;IC芯片檢測的圖像分割算法研究及其實現(xiàn)[J];半導(dǎo)體技術(shù);2009年07期

3 王曉燕;沈牧;任永學(xué);程義濤;;大功率激光器陣列光場分布測試方法的研究[J];半導(dǎo)體技術(shù);2011年04期

4 于海娟,李港,陳檬,張丙元,任鋒;LD端泵自鎖模激光器泵浦光整形系統(tǒng)[J];北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2005年03期

5 張廣軍;魏振忠;;多視覺檢測系統(tǒng)的世界坐標(biāo)唯一全局標(biāo)定方法[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報;2006年11期

6 薛利軍,張虎,李自田;一種CCD光電智能檢測系統(tǒng)的研究[J];包裝工程;2004年01期

7 史國權(quán);劉萌;石廣豐;宋林森;;延伸角錐刀刻劃衍射光柵過程金屬流動規(guī)律的數(shù)值模擬研究[J];長春大學(xué)學(xué)報;2011年02期

8 王挺峰,米陽,付有余,郭勁;變?nèi)肷浣欠绞较吕霉鈻艤y量激光波長的方法[J];長春理工大學(xué)學(xué)報;2004年02期

9 王菲;唐勇;馮進(jìn)良;李港;陳檬;;牛頓公式在高斯光束透鏡變換中的應(yīng)用[J];長春理工大學(xué)學(xué)報;2006年02期

10 張繼超;丁亞林;張洪文;;一種四維光學(xué)儀器像面的裝調(diào)方法[J];長春理工大學(xué)學(xué)報;2006年04期

相關(guān)會議論文 前8條

1 何平安;胡亞文;陶慧玲;宋燕新;;激光投線儀610自動檢測系統(tǒng)[A];2009年全國測繪儀器綜合學(xué)術(shù)年會論文集[C];2009年

2 郝斌;過曉輝;王胡順;;高速攝像測量儀作用距離的分析計算[A];2004全國光學(xué)與光電子學(xué)學(xué)術(shù)研討會、2005全國光學(xué)與光電子學(xué)學(xué)術(shù)研討會、廣西光學(xué)學(xué)會成立20周年年會論文集[C];2005年

3 何平安;胡亞文;陶慧玲;宋燕新;;投線儀誤差自動測量系統(tǒng)[A];第十八屆十三省市光學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2010年

4 徐熙平;蘇拾;張國玉;張寧;;基于CCD的擺動掃描鏡擺幅光電測量系統(tǒng)研究[A];2007'中國儀器儀表與測控技術(shù)交流大會論文集（二）[C];2007年

5 虞紅;何秋茹;陶渝輝;;用目標(biāo)模擬器仿真真實目標(biāo)能量的計算方法[A];2006年全國光電技術(shù)學(xué)術(shù)交流會會議文集（A 光電系統(tǒng)總體技術(shù)專題）[C];2006年

6 王建強;;同步輻射XAFS技術(shù)在無機化學(xué)研究中的應(yīng)用[A];第六屆全國物理無機化學(xué)會議論文摘要集[C];2012年

7 范雪波;林俊;劉衛(wèi);王廣華;姚劍;曾友石;黃豫;趙屹東;郭智;李燕;;大氣顆粒物中碳官能團(tuán)組分的NEXAFS分析[A];城市氣象論壇（2012年)·城市與氣候變化論文集[C];2012年

8 崔崇錚;;光電跟蹤儀光軸平行性檢測研究[A];武備維修保障理論與應(yīng)用：中國造船工程學(xué)會學(xué)術(shù)論文集.3[C];2013年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 賀勝男;真空紫外同步輻射Seya-Namioka單色儀的多層膜光柵研制[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

2 李建威;高速光電探測器頻率響應(yīng)特性測試研究[D];南開大學(xué);2010年

3 田生科;超積累東南景天（Sedum alfredii Hance）對重金屬（Zn/Cd/Pb）的解毒機制[D];浙江大學(xué);2010年

4 劉超;激光光熱驅(qū)動技術(shù)與微型光熱驅(qū)動機構(gòu)研究[D];浙江大學(xué);2010年

5 牛爽;全景環(huán)帶凝視成像光學(xué)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2010年

6 黃

本文編號：2768185