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

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8.1μrad降到3.1μrad;设计可应用于变包含角光栅单色器分辨率达5×10~4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。     

一种基于光栅的滚转角测量新方法

提出了一种利用一维平面透射光栅作为敏感器件的滚转角测量新方法。利用聚焦透镜及光电位置探测器组成接收测量单元, 避免了直线度误差带来的影响; 利用光栅的±1级衍射光束构成双光路差动测量, 基本避免了俯仰、偏摆角的串扰, 实现了误差分离, 同时增强了抗干扰能力。通过详细的理论分析, 论证了方案的可行性, 并在此基础上通过实验得到了定标曲线, 其线性相关度为1, 滚转角测量的角度分辨率可以达到0.6″。测量方法简单灵活, 仅需更换不同线数的光栅便可满足不同测量精度的要求。     

基于双CCD的滚转角测量方法研究

提出了一种基于双CCD的滚转角测量方法。测量系统包括两部分:移动部分由通过连接杆连接的两个CCD组成,连接杆固接在被测物上;固定部分包括光源、光开关和两个光学准直器,可以得到两路分别以一定角度相交入射到两个CCD上的准直光束。被测物发生滚转变化时,两CCD也同步变化,通过投射在其上的两个光斑位置变化,可求解出滚转角变化。MATLAB仿真证明被测物的各平动变化对滚转角测量无影响,在200″范围内的俯仰和偏摆变化,引起的滚转角测量误差不超过1″。搭建了滚转角测量实验系统,并与HP5529A双频激光干涉仪测量结果进行比对。测量结果表明,在1000″的测量范围内,系统滚转角测量偏差最大不超过1.5″。     

美国同步辐射考察报告

 从通常的晶体单色器△E≈1-2eV的能带宽度提高到10^-8～10^-9eV的核共振宽度,中间往在需要有一级预置单色器,将带宽△E进一步压缩到meV量级,它通常选用Si（10,6,4）或Si（8,4,0）的切割型双晶单色器（Channel Cut）来完成.建议用斜切晶面的切割型双晶单色器来完成,其Bragg角的调整用自制的长杠杆调节机构来实现.通常市售的Huber转角台昂贵且精度不够,切割型双晶单色器,两个平面间夹角的细调,用压紧弹簧螺杆来调节,应用接近室温的循环恒温水保持晶体温度的恒定,偏差在±0.1℃.讨论中也有反对使用预单色器的意见,认为预单色器虽然能改进信噪比,但会严重影响光源强度.     

单色仪转角重复精度的相位板衍射准直方法测量

为准确测量上海光源软X射线谱学显微光束线采用的变包含角平面光栅单色仪的转角重复精度,提出了一种新的基于相位板衍射准直技术的测量方法.该方法将半导体激光单模光纤和相位板衍射准直技术结合起来,利用面阵CCD采集图像,通过测量光斑的位移变化确定平面镜和光栅的角度变化.实验表明.该方法可以测量掠入射情况下单色仪联动时的转角重复精度,测量精度可达士0.1",此测量精度优于同等实验条件下的商用ELCOMAT 3000自准直仪的测量精度.     

二维定心激光扫描器及其摆角测量系统的研制

简要介绍了一种二维定心偏转激光扫描器的工作原理和结构设计。对二维摆角的两种不同测量方式的优劣进行了比较,并详细介绍了采用光电位置传感器(PSD)实现摆角测量的系统,包括它的测量原理、光学系统构造和PSD后续信号处理电路。结果表明,所研制的二维定心激光扫描器摆角测量系统可以实现±7.5°的二维摆角和30°圆锥角的大范围扫描,其重复精度为0 05°,分辨率为0 01°。具有快速灵巧、实时性强、工作稳定、抗环境干扰能力强等优点。     

基于准直光束的高精度滚转角测量方法研究

对于滚转角测量精度低并且难于测量的问题,提出了一种基于准直光束光斑位置变化的高精度滚转角测量方法。当被测物转动时,CCD上2光斑位置随之改变,2个光斑中心连线斜率亦改变。斜率变化由被测物俯仰、偏摆、滚转运动引起。在测量系统中基于自准直原理测量偏摆角和俯仰角,运用相关的算法,消除由偏摆和俯仰运动引起的滚转角误差,从而实现滚转角的精确测量。同时运用Zemax建立系统仿真模型,进行了滚转角的仿真实验测量。将仿真实验结果输入到滚转角解算模型中解算,结果表明:在0～1 800范围内滚转角的解算值与Zemax的设定值完全一致,由此验证了测量方法的可行性及正确性。     

弧矢聚焦双晶单色器性能的提高

本文从理论上分析了聚焦双晶单色器的双晶在不同方向偏离理想位置所引起的双晶Bragg角偏差Δθ,为设计研制单色器双晶的安装精度或微动调试精度提供了理论依据,从而达到提高单色器性能的目的.     

红外地球敏感器扫描镜摆角激光动态测试方法

为解决扫描镜摆角实时动态非接触测量问题,基于激光检测技术和CCD探测技术,提出一种红外地球敏感器扫描镜摆角激光动态测试方法,并研制了扫描镜摆角动态测试系统,其可实现扫描镜的摆动频率、零位角、幅值、峰峰值平均等参量的动静态激光非接触测量。介绍了系统的组成和总体结构,着重对扫描镜摆角动态测量理论和大视场、大相对孔径特殊线性扫描光学系统的设计方法进行了分析与探讨,通过建立系统的数学模型,解决了测量数据误差修正与图形处理问题。对测量系统的精度进行了验证,结果表明系统的摆角测量范围为0~±12°,分辨力为0.01°,动静态测量精度优于±0.04°。     

五棱镜转动时出射光角度的变化

为了对大口径平面镜面形轮廓的五棱镜扫描法测试进行误差分析和修正,对五棱镜转动时出射光角度的变化进行了分析与精确计算。首先建立了合适的坐标系并规定了角度的正负,然后由入射光的偏摆角和俯仰角计算入射光向量,接着介绍了五棱镜的作用矩阵与坐标转换矩阵,在此基础上详细分析了五棱镜转动的整个过程并且计算了出射光向量。然后计算出射光的偏摆角和俯仰角,再计算当五棱镜没有转动时出射光的偏摆角和俯仰角。最后计算出射光偏摆角和俯仰角的变化。特别分析了当入射光垂直入射五棱镜的情况。随后进行了实际计算与实验,总结了出射光角度变化的一些规律。将计算数据与实验数据进行了比较,结果最大偏差为1"。最大偏差在实验精度范围内,证明了计算方法是正确的。     

五维自由度衍射光栅精密测量系统（英文）

为了在保证结构简单的前提下,实现衍射光栅精密测量系统的大量程、高精度、多维度测量,设计了能够同时测量位移和角度的五维自由度衍射光栅精密测量系统。基于利特罗对称式光路结构,采用高刻线密度的一维衍射光栅以及外差干涉原理实现了沿光栅矢量方向和光栅法线方向的二维位移测量;通过引入高精度的位置灵敏探测器,结合±1级衍射光与光栅之间的角度变化关系实现了对光栅俯仰、偏摆和滚转三个维度的角度误差测量。实验结果表明:该衍射光栅精密测量系统能够实现分辨力优于4 nm的二维位移测量以及分辨力优于1″的三维角度测量,其位移测量范围只受限于光栅的尺寸,量程大大增加。该衍射光栅精密测量系统在精密测量领域有重要意义。     

柱透镜组在小角度测量中的应用

为了实现三维角度的同时测量,提出了一种基于柱透镜组的小角度测量方法。首先,在传统激光准直法的基础上,采用柱透镜组和特殊的四面体反射镜代替平面反射镜作为合作目标,用于表征三维角度的变化。然后,利用矩阵分析光束在传播过程中的形状、位置参数变化,说明了采用柱透镜组进行小角度测量的算法。最后,在实验室条件下对扭转角的测量进行了实验验证。实验结果表明:在工作距离1.2 m,光束直径5 mm时,扭转角测量范围20',测量误差RMS值优于8",基本满足非接触小角度测量的要求,具有一定的工程实用价值。     

Applications of VUV extra‐focus mechanism: high‐performance dual‐mode monochromator from VUV to soft X‐ray

A new monochromator scheme is presented in which an extra‐focus constant‐included‐angle varied‐line‐spacing cylindrical‐grating monochromator (extra‐focus CIA‐VCGM) is conveniently combined with a variable‐included‐angle varied‐line‐spacing plane‐grating monochromator (VIA‐VPGM). This dual‐mode solution delivers high performance in the energy range from vacuum ultraviolet (VUV) to soft X‐ray. The resolving power and the efficiency of this dual‐mode grating monochromator are analyzed in detail based on realistic parameters. Comparisons with the commonly used variable‐included‐angle plane‐grating monochromator and normal‐incidence monochromator (VIA‐PGM/NIM) hybrid monochromator are made.     

太阳极紫外成像光谱仪光学系统设计与分析

针对太阳极紫外成像光谱仪的应用目的与工作环境,设计了一种太阳极紫外成像光谱仪的光学系统.该系统由望远系统、狭缝、光栅与探测器组成.望远系统采用离轴WolterⅡ型结构,入射光掠入射进入系统,具有光谱范围宽、稳定性高、克服恶劣空间环境能力强等优点.扫描镜采用平面反射镜,成像质量不随扫描角的改变而改变.分光光栅采用超环面3 600lines/mm变间距光栅,与超环面等间距光栅相比,具有成像质量高、光谱分辨率高、缩短系统长度的优势.工作波段为17.0～21.0nm,可满足探索温度在5.8≤log T≤6.3区间的宁静日冕的需要.视场为1 228″×2 400″,空间分辨率达到0.8arc second/pixel,光谱分辨率约为0.001 98nm/pixel,总长度不超过2.5m.计算了望远系统的理论有效面积,给出了望远系统的成像质量与实际的视场.系统整体的成像质量、光栅的谱线弯曲与谱带弯曲,均满足实际应用要求.     

精密角度传感器及其标定技术的研究

介绍了精密角度传感器和不使用任何精密参考仪器的角度传感器的自标定方法。采用补偿技术制作了一对角度传感器,可以克服光源热漂移带来的影响,并进行了标定。两个角度传感器的测量范围为180″,分辨率分别为0．003″,0．004″。平均灵敏度标定的重复性误差为0．015％,线性误差的标定重复性误差为0．015″。     

Polarization measurements of laboratory VUV light: a first comparison between multilayer polarizers and photoelectron angular distributions

The use of photoelectron angular distributions to determine the linear polarization of VUV light over a wide range of photon energies is demonstrated. Light at wavelengths from 256 to 736 Å, partially polarized by large angle reflections in a toroidal grating monochromator and at a refocus mirror, has been analyzed. The results are validated by comparison measurements at spot wavelengths using multilayer polarizers.     

光栅周期不一致对莫尔条纹法测量扭转角的影响

为了提高用莫尔条纹法测量扭转角的测量精度,分析了光栅周期不一致对扭转角测量误差的影响。从基于莫尔条纹法测量扭转角的原理出发,论述了光栅周期不一致与测量精度的关系,讨论了引起两光栅周期不一致的两个因素,即光栅刻划误差以及两光栅栅面不平行。理论分析表明,前者是引起光栅周期不一致的主要原因。当两光栅等效周期比值β＜1.001时,在±15′的测量范围内,选择光栅周期为50 μm,莫尔条纹宽度为1 400~1 800 μm时,光栅周期不一致引起的测量误差可以控制在1.6″之内。     

快速高精度电动调整镜研究

高能激光合束系统中反射镜在工作前需要进行快速高精度的指向调整。设计了一种二维电控调整镜,系统主体采用一体化的柔性支撑设计,驱动采用步进电机配合减速机构带动螺杆实现,反射镜偏转角度的精密测量采用电涡流传感器,使用数字信号处理器（DSP）作为主控模块。对系统的工作原理和设计进行了分析,对系统标定方法和控制算法进行了深入研究。为了满足系统调整速度的要求,采用S形加减速算法作为调整镜的控制算法,采用分段线性的系统标定方法。最后对系统进行了实验测试,结果表明,在±500″角度范围内,调整镜到位时间在3 s以内,控制误差小于2″,可以满足系统要求。     

4～120 nm波段的单色仪光束线设计

合肥国家同步辐射实验（ＮＳＲＬ）在表面物理光束线中应用了新的简单平面光栅单色仪作为分光仪器。它采用平面光栅和球面镜我学成像系统,波长选择由光栅绕其中心轴转动和球面绕一镜面外的轴转动完成,单色仪在４－１２０ｎｍ光谱范围内具有高的光学传输效率、高的光谱分辨率。