变曲率光栅的成像特性研究及相关测试技术

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1、中国科学技术大学博士学位论文变曲率光栅的成像特性研究及相关测试技术姓名：刘斌申请学位级别：博士专业：核技术及应用指导教师：傅绍军;王秋平20060401中国科学技术大学博士学位论文摘要同步辐射装置正处于蓬勃发展的新阶段，为适应同步辐射应用的新要求，发展同步辐射光束线技术成为重要的工作内容。单色器是光束线的心脏部分，而色散元件．光栅是单色器的核心元件，开展一些有关单色器的理论研究和光栅的检测等工作，对提高光束线单色器技术是有意义的。另一方面，光束线中使用的光学镜一般表现为窄而长的形状，而且对它们的表面质量和形貌参数的要求也越来越苛

2、刻，因此非球面轮廓测量系统的研制也成为同步辐射技术中一个重要的科研课题。本文把研究内容定位于同步辐射的光束线技术，其中重点关注的是光束线的单色器理论及相关检测技术。近来，出于改善Dragon球面光栅单色器扫描需要移动出射狭缝较长，进而引起样品处光斑变化等缺点，人们提出了变曲率光栅单色器的概念。目前，该类单色器还处于研发阶段，鉴于其特点，展开有关研究工作是有意义的，并能为变曲率光栅单色器的实际应用奠定基础。长程面形仪(LongTraceProfiler)是专门为同步辐射大型非球面镜的轮廓测量而建立的绝对测试仪，LTP的研制是实验室

3、中请的教育部211工程课题，作者参与了有关仪器的建设工作。在此基础上，开展了基于长程面形仪的光栅刻线密度高精度测试系统的研究工作，由于它能同时检测光栅的面形和刻线密度，是一种比较突出光栅测试技术。作者的主要研究内容有以下几个方面：一、变曲率光栅的成像特性研究变曲率或压弯光栅单色器是最近兴起的一种新型单色器，它采用了改变光栅曲率半径的方法，在光谱扫描过程中在满足聚焦条件的同时，保持出射狭缝不动，具有鲜明的特点。这种面形可以控制的光栅是最近出现的，人们对它的成像特性研究也尚为欠缺。作者推导了任意面形压弯后光栅线密度的变化与弯曲面形之

4、间的数学关系，中国科学技术大学博士学位论文摘要并给出了由此带来的成像性能变化。其后，提出了消像差压弯光栅单色器概念，并进行了数值模拟计算。最后，对压弯光栅线密度进行了实验测试工作，实验结果证实了变曲率或压弯光栅的线密度变化与理论预测相符，为相关系统的应用奠定了基础。二、长程面形仪光栅刻线密度测试系统的研究2004年初，合肥国家同步辐射实验室(NSRL)和美国布克海文国家实验室(BNL)展开合作，作者参加了相关的建设工作，于2005年5月建成了一台长程面形轮廓测量仪。在此基础上，搭建了长程面形仪光栅线密度的测试装置，给出了LTP测

5、试变间距(VLS)光栅和凹面光栅的一般表达式，并进行了较为系统的误差分析。当用于测试非平面光栅时，发现测试精度受光栅放置误差(离轴误差)的影响比较大。不同于衍射法测试非平面光栅时，光栅面形与离轴误差互相耦合的现象，LTP测试法不会发生弯曲面形与离轴误差互相耦合的状况，妥善控制好离轴量则可以显著提高测试精度。随后，建立了减小误差的控制方法，降低了非平面光栅测试中离轴误差的影响，使得长程面形仪能胜任大曲率光栅的测试。其中测试了～个曲率半径为998mm凹面光栅，相对测试误差为4．O×10～rms，测试精度达到国际相当水平。关键词：压弯

6、光栅；面形测试；长程面形仪；光栅线密度中国科学技术大学博士学位论文AbstractThetechnicaI1nnovationbecomesvigorouslyforgingaheadinthebeamlinewiththerapiddevelopmentofthesynchrotronradiation(SR)facilityanditsapplicationsMonochromator，actingasthecorecomponentinSRbeamline，mainlyconsistsoftheentranceslit，e

7、xitslit，dispersionunitandreflectionmirrorWherein，thedispersionunit，diffractiongratings，istheimportantelement，whichmostlydeterminestheperformanceinmonochromatizingSR．SoitisnecessaryandimperativetodevelopthetheoryofSRmonochromatorrelatedmetrologytechnologyfordiffractio

8、ngratings，Ontheotherhand，thedevelopmentofSRputsgreaterdemandsonsurfacequality，figureandshapeparametersoftheopticalelementsusedinbea