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软X射线自由电子激光光束线反射镜夹持方法研究

赵晨行  
【摘要】:自由电子激光集同步辐射和常规激光优点于一身,具有高亮度、全相干、脉冲时间短等优点,在众多科学领域中发挥着不可替代的作用。反射镜是自由电子激光光束线中的重要光学元件,负责光束的偏转、整形、偏振等,此外还具有抑制高次谐波的作用。随着自由电子激光技术的不断进步和实验站要求的提高,反射镜的面形精度要求也越来越高。因此,减小反射镜的面形误差对于建设高水平的自由电子激光装置极为重要。本文围绕上海软X射线自由电子激光装置SBP活细胞成像光束线中的长条形反射镜,以减小自重引起的反射镜面形误差为目的,对长条形反射镜的夹持机构进行了研究,主要研究内容如下:1)重力是反射镜面形误差的主要来源。使用平面应力理论分析了反射镜在重力作用下的面形误差。为减小自重引起的面形误差,基于Bessel点理论提出了重力补偿的方案,并利用有限元分析软件对反射镜夹持点的位置进行了优化分析。2)光束线有不同的工作模式,而反射镜要求的极小面形误差和定位误差对其复杂的受力情况非常敏感。本文在研究反射镜夹持方式的基础上,提出了镜面朝下反射镜的夹持机构的吊装方案和底面支撑方案,并建立了两种方案的三维模型和有限元分析模型,进行了静力学和动力学分析,分析结果表明设计的反射镜夹持机构夹持下的镜子面形能够符合要求且运行稳定。3)夹持力大小是影响反射镜的面形变化的一个重要因素,而反射镜面形要求之高以及镜子子午方向尺寸的增加,都提高了调试难度。本文自行搭建了压力测试系统,对反射镜面形调试过程中的夹持力大小进行了测试,最终获得了反射镜处于工作状态下的夹持力。4)反射镜夹持机构的安装是整个光束线安装调试的一个重要环节。使用上海同步辐射光源研制的NOM面形检测设备对夹持机构夹持下的反射镜面形进行了测试,同时对反射镜的装配工艺和面形误差的调整方法进行了总结。本文重点对补偿反射镜自重引起的面形误差的夹持机构的关键技术和装配方法进行了研究。在整个研究过程中,完成了反射镜夹持机构的设计和分析,并对反射镜夹持机构的安装和面形调试进行了总结,最后对夹持力的大小进行了测试。反射镜夹持机构满足了设计指标,且能够稳定运行。本文的研究成果对反射镜夹持机构的设计具有一定的参考价值,为后续反射镜的安装和面形调整提供了经验和借鉴意义。


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