弧矢聚焦双晶单色器聚焦误差分析

简单介绍了弧矢聚焦单色仪的分光原理及结构原理,分析了同步辐射弧矢聚焦双晶单色器实际转轴偏离理想转轴ΔS及晶面偏离与导轨的理想夹角Δα对出射光高度的影响,并对弧矢聚焦晶体压弯半径的压弯精度Δh对实验站聚焦光斑展宽的作用进行了理论推导.当ΔS≤31μm、Δα≤1′,就可以确保出射光线高度误差Δh≤25μm;当对称压弯第二晶体所需微位移器的行程≥1mm、精度≤1.25μm时,可满足聚焦光斑的展宽≤0.5mm要求,且当压弯半径R的弯曲精度在ΔR≤0.75%R的范围内不需对晶体压弯.     

大曲率弧矢弯曲复合晶体的研制

为提升国家同步辐射实验室X射线吸收精细结构(NSRL-XAFS)的光束线性能,提出将现有双平面晶单色器改造成弧矢聚焦双晶单色器的思想。采取将晶体与钛合金复合的工艺,实现了晶体的大曲率弹性弯曲,并将其用作弧矢聚焦晶体单色器中第二晶体的成像元件。鉴于NSRL-XAFS实验的光学要求,设计制作了复合晶体试验模型,通过有限元分析计算和长程面形仪实际测量得到了不同弯曲半径下晶体的面形精度,并用激光模拟其聚焦性能。结果表明,在缩放比为1/3时,样品上的成像束斑水平尺度(FWHM)由43mm(无聚焦)缩小到3mm,光子密度提高了近一个量级。这些结果满足NSRL在现有光源条件下提升XAFS数据采集质量的要求。     

X射线单色成像用透射式对数螺线晶体分析器

利用对数螺线晶体在大视场范围内的保角特性,研究了一种用于等离子体X射线单色成像的透射式对数螺线晶体分析器。与反射式弯晶成像谱仪相比,该分析器具有单能成像视场更大,实现相同放大倍数时的空间排布简单等优点。根据晶体衍射成像原理及对数螺线晶体的表面方程,分析了透射式对数螺线晶体分析器的成像原理以及成像性能,包括子午、弧矢放大倍数以及视场大小等。以铜靶X射线源为背光源,用研制石英晶体透射对数螺线分析器对网丝直径为100μm的金属网格进行了单色背光成像实验。实验结果表明,晶体分析器的空间分辨力约为30μm,子午和弧矢方向视场分别达到15.938 7mm和5.900 6mm。     

一种新型曲面晶体成像系统的研制

为了对诊断目标进行瞬态辐射成像,提出了研制X射线聚焦成像系统,主要器件为一各向同性的X射线点光源及超环面弯曲晶体成像器.X射线照射至被成像物体后再投射到超环面晶体,经该凹面晶体聚焦后在X射线探测器表面成像.讨论了超环面晶体在布拉格几何结构中的聚焦成像特性,提出利用X射线源进行二维优化成像的适用条件.利用模拟软件对网格物体进行仿真成像,研究像距及光源尺寸对成像空间分辨力的影响,并据此确定了实验参量.设计的超环面弯晶采用云母材料,子午面曲率半径为290 mm,弧矢面曲率半径为190 mm.利用该系统进行了X射线背光成像实验,实验结果表明:系统的成像空间分辨力最高可达到34μm,能够满足聚爆辐射成像的要求;在光源尺寸较大时像距变化对成像效果有明显影响.     

球面弯曲晶体在X射线背光成像的应用

基于X射线布喇格衍射理论,研制了球面弯曲晶体分析器,用于研究和诊断惯性约束聚变的聚爆靶等离子体的形状、分布及稳定性.分析器的核心器件是石英球面弯晶,弯曲晶体半径为143.3 mm.首次利用石英球面弯曲晶体进行了单色X射线背光成像实验.采用接收面积为40 mm×30 mm的磷屏成像板作为接收装置,得到了清晰的铬靶单色X射...     

弧矢(Sagittal)聚焦双晶单色器设计

介绍了弧矢聚焦双晶单色器系统性能要求,详细分析了满足系统性能要求的光学设计、机械设计和控制系统设计方案.具体介绍了单色化和压弯聚焦等光学设计,Bragg角的转动和固定高差的移动等关键部件的机械设计,以及以直圆柔性铰链为基础的投角、滚角、摆角调节结构.     

基于硅透镜与光子晶体的逆古斯汉欣位移监测系统及其温度特性研究

基于硅介质柱型光子晶体,采用时域有限差分方法（FDTD）,探究高斯光束在光子晶体界面的逆古斯汉欣（GH）位移。通过在光子晶体下表面添加硅透镜,研究高斯光束的入射角度、硅透镜的曲率半径以及温度对光子晶体逆GH位移的影响。研究结果表明,发生最大逆GH位移的角度大于几何理想全反射角。添加焦点位于光子晶体表面中心的硅透镜可以使逆GH位移显著增强,且当硅透镜的曲率半径为170时,逆GH位移增大为不加透镜时的1.7倍。研究不同入射角度下温度对光子晶体的逆GH位移的影响发现,当高斯光束的入射角为26o时,逆GH位移随着温度的变化最大且线性度较好,便于温度监测。     

双通道椭圆弯晶谱仪的光学设计

根据椭圆几何光学和X射线晶体的布拉格衍射原理,进行了弯晶谱仪的光学设计.设计的椭圆离心率和焦距分别是0.958 6 mm和1 350 mm,椭圆的弧长是125.64 mm,光路的光程为1 443.30 mm;布拉格衍射角为30～67.5°,谱线探测角为55.4～134°;柱面镜的掠入射角为3.7°,半径为10 127 mm;谱线探测器的阴极面中心到狭缝的距离是35 mm.利用LiF、PET、MiCa和KAP晶体作色散元件,测量的波长范围是0.20～2.46 nm,晶体的尺寸是125 mm×8 mm×0.2mm.此外,将两个弯晶进行上下对称交叉和前后错开布置,减小了谱仪的尺寸和减轻了它的重量.     

同步辐射水平偏转压弯镜面形误差分析与补偿

为提高同步辐射压弯镜面形精度,降低水平偏转压弯机构及镜子自重对压弯镜面形的影响,分析了影响压弯镜面形精度的因素,并提出了一种有效的重力平衡补偿方法.在研究水平偏转压弯机构压弯机理的基础上,对压弯镜面形进行误差分析;针对光束线中使用的压弯聚焦镜,利用有限元方法分析了影响面形精度的主要因素;最后,根据水平偏转压弯机构特点及...     

拉杆式压弯聚焦镜组件线性与接触非线性方法的比较

在压弯聚焦镜的工程分析中,采用接触非线性分析方法分析某些关键部位可提高分析精度,比以往只用线性分析得出的结果更接近实际情况。针对用线性分析方法分析所研究的对象求解误差较大,本文分析了系统产生非线性的主要因素。对某压弯聚焦镜组件进行了有限元建模,采用接触非线性分析方法对拉杆被拉弯时聚焦镜的响应进行了分析。对比非线性分析和检测结果可知,当压弯的矢高相等时,检测结果和非线性分析的斜率和半径误差在0.4μrad和5km范围内,基本满足要求。对比线性分析、非线性分析的结果和实验数据表明:采用非线性分析的结果更接近实际情况,完全可在误差允许的范围内模拟压弯机构的实际压弯情况。     

双参数非线性概率模型的板材腐蚀精度估计

针对金属板腐蚀在线超声动态检测时探头抖动致使超声波入射角变化,引起测量精度低的问题,建立双参数超声波水浸检测误差修正的非线性概率模型,结合函数逼近理论补偿超声入射角引入误差。采用基函数加权组合与三阶拉格朗日插值结合方法,同时对超声波入射角、界面声程双参数与工件声程的函数关系进行最小二乘曲线拟合,得出入射角与检测误差的非线性相关关系。通过对误差补偿算法中非线性概率模型入射角与界面声程变量的迭代运算,利用折射角反向求解入射角,解决检测中超声波入射角不确定问题。在水层厚度30～45 mm范围内,对不同厚度铝板进行检测,结果表明,经模型补偿处理,超声波以0°～8°角入射,板材检测精度为1%,为有效提高腐蚀精度估计提供依据。     

同步辐射单色器冷却压弯机构

研究了带有柔性铰链组合体的冷却压弯机构,以用于减少晶体的热变形.给出了晶体热变形的种类及其机理,以及冷却压弯机构的受力分析及机构结构.运用有限元方法对这种机构进行了分析.结果表明:此种机构大大降低了第一晶体的热变形,在承受5N/mm²峰值功率密度条件下,面型误差仅为0.04μrad 3μrad,远远小于同步辐射光束线设计要求.结果还表明:此种机构尤其适用于高热载情况,是解决第三代同步辐射光源关键技术.     

X射线衍射和散射光束线环面聚焦镜的面形精度与像差分析

介绍了用于NSRL的X射线衍射和散射光束线中环面聚焦镜的成像原理和基本结构,分析计算了各种像差和面形精度对成像质量的影响,重点描述了镜子因受力弯曲在子午方向的曲率变化与理论值的误差以及反射表面受同步辐射光照射而产生的热载变形,进而求得实验样品上束斑成像的高度.最后用CCD探测实际光斑的尺寸,结果表明:理论计算与实测数据非常吻合.     

平面变形回弹迭代补偿的收敛准则及应用

针对板材平面变形过程中的回弹问题,基于迭代法建立了迭代补偿机制,给出了迭代参量收敛性的判定准则。对于简单应力状态下平板单向拉伸和双向拉伸的弹塑性变形过程,证明了参量轴向长度对迭代补偿机制具有收敛性。对于宽板V形自由弯曲工艺,通过理论和实验验证了弯曲曲率和弯曲角的收敛性。进而,将迭代补偿机制应用于宽板自由弯曲工艺的回弹控制,对曲率和弯曲角分别进行了迭代补偿实验,结果表明,根据每次试验的回弹量,迭代补偿机制可以预测下一次补偿值,使弯曲工艺经过2～3次迭代,就获得了误差小于0.1%的目标曲率和误差小于0.5%的目标弯曲角,收敛速度很快。而且,对于同一材料的同一成形工艺,每次的补偿量只取决于回弹前后的迭代参量差值。     

压型板打弯工艺参数研究与优化

以550MPa级、厚度为0.3mm高强度超薄板的压型板打弯过程为研究对象,基于ABAQUS有限元软件显式算法,运用正交实验法分析了打弯工艺的主要参数打弯间距l、模具间隙h和冲压速度v对打弯曲率半径及减薄率、应力、等效塑性应变的影响。研究表明,影响打弯曲率半径的工艺参数显著性次序为l>v>h,影响减薄率的工艺参数显著性次序为h>l>v,影响应力的工艺参数显著性次序为l>h>v,影响等效塑性应变的工艺参数显著性次序为l>h>v;冲压间距为25mm、模具间隙为0.42mm、冲压速度为200mm/s为最优水平组合。     

光栅复制拼接光路中入射光角度对拼接误差的影响

设计了一种基于干涉检验法的复制拼接光栅测量光路。针对光栅复制拼接光路中入射光角度难以精确测量的问题,分析了光栅拼接实验中入射光角度对光栅拼接的影响。建立了光栅拼接误差模型,分析了五维拼接误差的容限要求。按照光栅复制拼接光路的要求,设计了一种干涉仪角度调节装置。根据误差模型和拼接光路分析了500mm×500mm大尺寸中阶梯光栅复制拼接光路中入射光角度误差与拼接误差的关系。结果显示:入射光角度误差为1°,拼接光路中绕x轴,y轴的转动误差Δθx,Δθy和沿z轴的位移误差Δz的计算值与实际值之间分别相差0.002 1μrad,0.003 3μrad和0.348 2nm时,引起波前差为2.590 1nm。根据这一计算结果,给出了干涉仪角度调节装置的设计指标,即设置角度调节分度为0.1°时,可满足大尺寸光栅复制拼接要求。