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极高分辨变包含角平面光栅单色器关键技术及检测方法研究

卢启鹏 宋源 龚学鹏 马磊

卢启鹏, 宋源, 龚学鹏, 马磊. 极高分辨变包含角平面光栅单色器关键技术及检测方法研究[J]. 中国光学(中英文), 2016, 9(2): 284-297. doi: 10.3788/CO.20160902.0284
引用本文: 卢启鹏, 宋源, 龚学鹏, 马磊. 极高分辨变包含角平面光栅单色器关键技术及检测方法研究[J]. 中国光学(中英文), 2016, 9(2): 284-297. doi: 10.3788/CO.20160902.0284
LU Qi-peng, SONG Yuan, GONG Xue-peng, MA Lei. Key technologies and the performance measuring methods in variable included angle plane grating monochromator[J]. Chinese Optics, 2016, 9(2): 284-297. doi: 10.3788/CO.20160902.0284
Citation: LU Qi-peng, SONG Yuan, GONG Xue-peng, MA Lei. Key technologies and the performance measuring methods in variable included angle plane grating monochromator[J]. Chinese Optics, 2016, 9(2): 284-297. doi: 10.3788/CO.20160902.0284

极高分辨变包含角平面光栅单色器关键技术及检测方法研究

doi: 10.3788/CO.20160902.0284
详细信息
    通讯作者:

    卢启鹏(1964-),男,黑龙江齐齐哈尔人,理学硕士,研究员,博士生导师,中国光学学会高级会员。1987年于浙江大学获得学士学位,1990年于中科院长春光机所获得硕士学位。已获授权专利22项,其中发明专利10项,实用新型专利12项。获省部级科技进步二等奖3次、三等奖2次,发表学术论文70余篇。主要从事同步辐射光束线关键技术、近红外光谱分析仪器及应用方面的研究。E-mail:luqipeng@126.com

  • 中图分类号: TP394.1;TH691.9

Key technologies and the performance measuring methods in variable included angle plane grating monochromator

  • 摘要: 变包含角平面光栅单色器具有分辨率高和光通量高等优点,被广泛应用于各科研领域,并且随着相关领域研究的不断深入,迫切需要提高其光谱分辨率,以满足使用需求。为研究探索极高分辨率变包含角平面光栅单色器,结合上海同步辐射光源光束线,重点研究影响单色器分辨率的关键因素;对单色器光学元件表面热负载进行分析,设计冷却系统,降低热负载产生的影响;研究变包含角平面光栅单色器转角精度等检测方法。结果表明,根据推导出的变包含角平面光栅单色器光学放大倍数与单色器分辨率的关系式,达到优选极高分辨率工作模式的目的;加入冷却系统后,单色器前置平面镜因受热负载影响而产生的最大斜率误差由8.1 μrad降到3.1 μrad;设计可应用于变包含角光栅单色器分辨率达5×104的转角精度检测方法,检测精度可达0.026"。该研究将为第三代同步辐射光源中建造极高分辨变包含角单色器提供帮助。

     

  • 图 1  变包含角平面光栅单色器原理示意图

    Figure 1.  Principle of variable included angle plane grating monochromator

    图 2  取不同光学放大倍数时前置平面镜的反射率

    Figure 2.  Reflection of pre-mirror on different cff

    图 3  A(cff)值随光学放大倍数和波长关系

    Figure 3.  Value of A(cff) depend on cff and λ

    图 4  光学放大倍数分别为1.8和1.85两种情况的能量分辨率对比图[10]

    Figure 4.  Comparison of resolutions with different cff of 1.8 and 1.85

    图 5  光子能量为250 eV时转角精度与单色器分辨率的关系

    Figure 5.  Relationship between the angel's precision and resolution(Ep=250 eV)

    图 6  光斑水平漂移几何关系示意图

    Figure 6.  Geometry relationship of excursion on facula

    图 7  热分析的过程

    Figure 7.  Process of thermal analysis

    图 8  平面镜热功率密度分布

    Figure 8.  Power density distribution of thermal power of plane

    图 9  前置平面镜受表面热变形量随能量的变化

    Figure 9.  Deformation of PM on thermal without cooling

    图 10  前置平面镜表面斜率误差随能量的变化

    Figure 10.  Relationship between slop error on pre-mirror and photon energy

    图 11  前置平面镜的冷却系统示意图

    Figure 11.  Schematic of cooling system of pre-mirror

    图 12  镜片结构示意图(绿色箭头表示水流方向)

    Figure 12.  Schematic of mirror structure(arrows show water flow direction)

    图 13  平面镜表面温度分布

    Figure 13.  Thermal distribution of plane mirror

    图 14  平面镜的变形图

    Figure 14.  Deformation of plane mirror

    图 15  前置镜的面形随能量的变化

    Figure 15.  Relationship between deformation of pre-mirror and photon energy

    图 16  前置镜的斜率误差随能量的变化

    Figure 16.  Relationship between slope error of pre-mirror and photon energy

    图 17  角度检测原理示意图

    Figure 17.  Schematic of angel measurement mechanism

    图 18  转动支架角度与直线位移的几何关系图

    Figure 18.  Geometric diagram of angel depend on straight-line displacement

    图 19  检测用多面体角棱镜

    Figure 19.  Schematic of polyhedron prism used in measurement

    图 20  光斑水平漂移重复精度检测原理图

    Figure 20.  Schematic of mechanism of measuring the change of light spot

    表  1  上海同步辐射光源参数[9]

    Table  1.   Main parameters of storage ring of SSRF

    参数名称数值
    运行能量 E/GeV3.5
    环周长 L/m432
    自然水平发射度ε/(mm·rad)3.90
    耦合系数k0.01
    束流流强:多束团(单束团)/mA200~300(5)
    单元数目 N20
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-02-01
  • 录用日期:  2016-02-19
  • 刊出日期:  2016-01-25

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