大曲率弧矢聚焦雙晶單色器及多層膜單色器相關(guān)技術(shù)研究.pdf

1、同步輻射光的優(yōu)異特性為多學(xué)科交叉研究和相互融合提供了平臺(tái)，隨著科技的進(jìn)步，越來越多的實(shí)驗(yàn)需要更高的光子通量。在現(xiàn)有光源條件下，通過改善光束線系統(tǒng)設(shè)計(jì)和研制新型光學(xué)元件來提高照射在樣品上光子密度和成像質(zhì)量。本論文依托國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室XAFS光束線改造工程和ESRF光學(xué)實(shí)驗(yàn)室多層膜技術(shù)的研究課題，對用于動(dòng)態(tài)能量掃描的大曲率弧矢聚焦雙晶單色器中的關(guān)鍵技術(shù)和多層膜作為高能同步輻射分光元件中的相關(guān)問題作了系統(tǒng)研究。完成對大曲率弧矢聚焦雙晶單色器

2、的核心部件設(shè)計(jì)、加工、測量和使用。對高能同步輻射光照射下的多層膜表面的熱變形進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。主要工作包括以下幾個(gè)方面：
　　 1.弧矢聚焦雙晶單色器第一晶體的熱載變形和第二晶體弧矢彎曲產(chǎn)生鞍型變形的分析研究：
　　 依據(jù)NSRL-XAFS現(xiàn)有的光源條件和光學(xué)參數(shù)，模擬分析有、無水冷兩種情況下，第一晶體光學(xué)表面的熱變形對單色器衍射效率的影響都較小，光斑在晶體表面的移動(dòng)引起的面形誤差在實(shí)驗(yàn)要求范圍內(nèi)；分析了弧矢彎曲晶體產(chǎn)生

3、鞍型變形的機(jī)理，理論計(jì)算鞍型變形對單色器衍射效率的影響。鑒于目前常用的幾種抑制鞍型變形的方法，模擬背面加肋板、黃金比例和等分變形槽三種晶體彎曲過程中光學(xué)表面面型誤差的變化，通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，分別設(shè)計(jì)、加工制作試件，利用LTP對彎曲過程中的鞍型變形進(jìn)行測量，并與理論計(jì)算相對比，獲得許多有用數(shù)據(jù)，為大曲率弧矢聚焦雙晶單色器的工程研制，提升NSRL-XAFS光束線性能奠定了基礎(chǔ)。
　　 2.大曲率弧矢彎曲復(fù)合晶體的研制：
　　

4、 利用有限元分析晶體模型彎曲時(shí)的應(yīng)力，結(jié)果晶體大曲率彎曲時(shí)存在橫向斷裂的危險(xiǎn)?；诘确肿冃尾劬w的設(shè)計(jì)理念提出復(fù)合晶體的研制模型，即：將晶片附著在鈦合金基底上，按照理論優(yōu)化的占空比深切變形槽，呈平面矩形光柵形狀的胚胎，彎曲后各獨(dú)立晶條圍成正多邊柱面體，上層晶體作衍射，下層鈦合金作彈性彎曲，既可克服鞍形變形，又能在鈦合金彈性范圍內(nèi)實(shí)施大曲率彎曲。其光學(xué)成像原理等同于將入射的光束分成若干子束，經(jīng)每個(gè)窄條晶體衍射后疊加匯聚在樣品上。對復(fù)合晶體

5、模型優(yōu)化計(jì)算，確定復(fù)合晶體的結(jié)構(gòu)參數(shù)；設(shè)計(jì)加工試件樣品；用LTP測量的晶體模型的鞍型變形，與有限元分析結(jié)果比較；搭建激光模擬光路對復(fù)合晶體模型的聚焦性能和彎曲的穩(wěn)定性進(jìn)行試驗(yàn)測量壓彎過程中光斑的漂移；理論計(jì)算晶體模型的衍射效率。
　　 3.高能同步輻射光學(xué)中多層膜的熱緩釋技術(shù)研究：
　　 該課題主要依據(jù)ESRF光學(xué)實(shí)驗(yàn)室研制應(yīng)用于高能同步輻射的多層膜分光元件，對受高熱載的多層膜表面溫度分布進(jìn)行分析，模擬光斑大小對多層膜基

6、底表面熱變形的影響，優(yōu)化比較多層膜基底不同冷卻位置面形誤差的變化，通過側(cè)面切槽基底改變溫度分布，進(jìn)而降低表面的面型誤差。采用靈活的梯度溫度冷卻方法改變基底的溫度分布，可實(shí)現(xiàn)特定曲面的多層膜。同時(shí)結(jié)合同步輻射對多層膜的要求，采用磁控濺射鍍膜，降低鍍膜隨機(jī)和非隨機(jī)厚度的差值，減小鍍膜之間和基底表面的粗糙度，可以有效提高多層膜的反射率。
　　 通過上述研究得到結(jié)論是：抑制鞍型變形的三種晶體模型，在彎曲過程中都可控制表面面形誤差小于晶體