双压电片反射镜面形精度补偿的仿真分析

针对硬X射线自由电子激光(HXFEL)对偏移镜组提出的初步要求(压弯前、夹持后子午面形误差小于0.5μrad),传统机械压弯难以满足且实时修正,因此采用压电片侧放式双压电片反射镜(PBM)结构。反射镜水平放置,通过奇异值分解(SVD)法计算修正自重所引起的低频面形误差所需的电压值,并辅以有限元分析法验证方案的可行性;针对不同的压弯面形进行求解分析,然后加入热分析法解决由局部辐射引起的面形突变。仿真结果表明,在自重的情况下,反射镜的初始斜率误差为242.43 nrad (均方根,RMS),在压电压弯修正后其斜率误差可以大幅降低至7.743 nrad (RMS);对目标面形进行调节,实际压弯面形与目标面形间的斜率误差仅为0.0024 nrad (RMS)。     

双压电片镜在同步辐射光源光学系统中的应用

介绍了双压电片镜自适应光学技术,同时为其在同步辐射光学领域中的应用与进一步发展提供前瞻性的思考与探索。根据目前已公开发表的相关文献资料,总结介绍了双压电片镜自适应光学技术,阐述了该技术的工作机理与关键参数,并对其在国际上具有代表性的同步辐射机构中的应用情况作出描述,并指出涉及的关键技术问题与未来的发展趋势:不仅要有效地解决"连接点效应"对双压电片镜技术的负面影响,还要实现亚微米乃至纳米级的聚焦光斑,这两项内容都是双压电片镜技术需要进一步解决的重要问题。未来,双压电片镜自适应光学技术可望在我国先进的第三代同步辐射装置—"上海光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,SSRF)"二期工程建设中得到应用。     

20单元双压电片变形反射镜的影响函数有限元分析和实验测量

影响函数是分析双压电片变形反射镜像差校正能力的重要参量,通过建立有限元模型预测实际器件的影响函数,以有限元模型的不断优化替代实际器件的尝试性改进,可以减小构造的盲目性,从而节约研发成本,缩短双压电片变形镜的实用化进程.采用Veeco干涉仪测量了20单元双压电片变形反射镜的影响函数,同时建立有限元模型进行了相应计算,并将计算结果与实际器件的测量数据进行了对比分析.结果表明,相对于实测数据而言,有限元模型计算得出的影响函数在量值上略有偏小,但其形状和峰值位置与测量数据一致性好,两者对前35项泽尼克像差的拟合曲线也基本吻合,各项拟合误差系数之差皆小于0.1.这说明通过不断改进有限元模型实现对实际器件的优化设计是切实可行的.     

同步辐射在古陶瓷研究中应用的现状和展望

概述了同步辐射光源的历史和优点,对同步辐射X射线荧光、X射线吸收精细结构、同步辐射X射线衍射等方法在古陶瓷工艺、产地等方面的应用现状进行了总结,并展望了同步辐射在古陶瓷研究中的应用前景.     

双压电变形反射镜的优化设计

利用Ｋｏｋｏｒｏｗｓｋｉ导出的自由边界条件下双压电变形镜表面位移－电压所满足的偏微分方程,运用高斯迭代法求解该方程,得出变形镜的静态响应函数矩阵ｆ（ｒ,０）,考虑到由大气湍流造丰的光学波前畸变中各泽尼克基元模式的统计权重分布,以及变形的实际装夹定位方式,对双压电变形反射镜的优化设计进行了分析。结果表明：变形的校正能力随被校正的各项泽尼克模式像差在大气湍流造成的波前畸变中所占统计权重的不同而有很大的     

高压下的同步辐射X射线衍射研究

本文概要介绍了利用同步辐射Ｘ射线光源进行高压Ｘ射线衍射研究的现状及某些发展趋势．对金刚石压砧作为高压ｘ射线衍射的主要研究工具也作了介绍．本文还介绍了作者近年来在国外参加的百万大气压下的ｘ射线衍射研究中所取得的新进展．     

20单元双压电片变形镜的性能测试与闭环校正实验研究

测试了20单元双压电片变形镜的影响函数、变形量-电压特性曲线、面形热稳定性和频率响应特性,并搭建基于20单元双压电片变形镜和13×13阵列哈特曼传感器的自适应光学系统,测试了该变形镜对自身初始面形和静态像差板的闭环校正效果.实验结果表明,各分立电极变形量对加载电压的平均灵敏度为0.57 μm/100 V,离焦电极的灵敏度为1.09 μm/100 V;各电极变形量-电压响应曲线均存在迟滞现象,滞后量在最大变形量的10%以内;在温度引起的双压电片变形镜面形变化中离焦项贡献最大,其变化对温度也最为敏感,在13℃ 关键词： 自适应光学 双压电片变形镜 特性分析 闭环校正     

13单元双压电晶片变形反射镜控制电极的优化设计

双压电晶片变形反射镜具有动态范围大、工作电压低、结构简单、造价低廉等优点，是自适应光学系统中用作波前校正器的新型器件。利用ｋｏｋｏｒｏｗｓｋｉ导出的自由边界条件下双压电变形镜表面位移—电压所满足的偏微分方程，分别运用Ｇａｕｓｓ迭代法和Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ法求解该方程的第一边界条件，得出变形镜的静态影响函数矩阵Ｚ（ｘ，ｙ）；按不同电极设计情况划分，以１３组Ｚ（ｘ，ｙ）为基，对Ｚｅｒｎｉｋｅ多项式低阶模进行逐项拟合，得出变形镜控制电极的大小、形状等优化参数，从而得到最佳静态影响函数矩阵以及反演电压矩阵。     

正电压边缘驱动的双压电片变形镜研制

为提高变形镜的热稳定性,提出一种用正电压边缘驱动的双压电片变形镜,通过环形电极产生整体离焦偏置,分立电极校正波前像差,只用正向电压即可实现镜面双向变形,且此变形镜结构对称受热应力影响小.制备变形镜样机并进行测试,测试结果表明:初始镜面展平后残余误差小于λ/30(λ=1 064nm);精确重构了典型低阶Zernike多项式像差,像散、离焦、三叶草和彗差像差的重构幅值分别达到11.1μm、9.7μm、5.7μm和4.2μm,归一化残余误差分别为1.0%、1.0%、3.3%、6.0%;此外,实验生成了新型无衍射艾里光束,并显示出优异的重构性能.     

纳米材料的同步辐射研究

近年来,科学家们在纳米材料的生长及应用研究等诸多方面取得了巨大的进展.然而,由于受到表征手段的限制,纳米科技领域的许多关键科学问题至今仍未得到清楚的解答.同步辐射具有多种独特优点,随着国内第三代同步辐射光源的逐步发展,基于同步辐射的各种实验技术将为实时、原位、动态地表征纳米结构提供功能强大的研究平台.文章简单介绍了基于同步辐射的一些新型纳米结构表征技术,并根据作者的研究举例说明了同步辐射技术在纳米材料研究方面的一些优势.     

用于同步辐射的压电变形镜控制策略数值模拟北大核心CSCD

为了提高同步辐射中压电变形镜的控制自由度和面形精度,解决压电致动单元数量过多引起的解算电压受噪声影响异常波动(过拟合)问题,建立了变形镜模型并进行仿真控制。通过有限元仿真获得36组压电响应方程,构建面形与电压的数学模型;为补偿重力造成的镜面畸变,以获得的椭圆面形分析并比较了使用最小二乘法和Tikhonov正则化两种电压解算方案的控制效果。结果表明:采用Tikhonov正则化算法反演后,面形控制误差相比最小二乘法降低了21.7%,相邻极板间电压波动极大值从1.019 kV下降为0.174 kV,反演结果符合工程实际要求;系统对测试噪声具有鲁棒性,相比最小二乘法有更加优越的应用价值。     

同步辐射用36单元压电变形镜研制及其面形调控研究北大核心CSCD

第4代同步辐射光源及自由电子激光装置中束线光学系统对光学元件性能提出了苛刻的要求。使用压电变形镜是实现超高面形精度调控和实施波前补偿的有效途径,也是目前亟需突破的国产化技术瓶颈。针对这一问题,研制了长度为200 mm、含36个单元压电促动器的压电变形镜。通过数值模拟优化了变形镜结构参数,利用国产工艺完成了变形镜样机的制作,并对其面形调控能力进行初步探究。测试结果表明:所研制变形镜样机的平面面形误差可降低至1.38 nm(rms),斜率误差降低至240 nrad(rms),实现了平面面形的nm级调控。     

同步辐射X射线光源在高压科学研究中的应用

同步辐射X射线光源已经成功地应用到高压科学研究的诸多领域.文章简要回顾了同步辐射高压技术的发展历史,简要介绍了同步辐射X射线衍射技术在高压状态方程、强关联体系、地球内部物质以及早期生命起源等研究中的应用.介绍了同步辐射X射线光谱技术(包括晶格振动声子谱的测量)在高压研究中的应用,此外,还介绍了时间分辨的同步辐射技术在冲击压缩研究中的应用,最后展望了未来先进光源应用于高压科学研究的前景.     

北京同步辐射装置上的位相衬度成像

在北京同步辐射装置上首次用位相衬度成像方法对生物样品和复合材料进行研究,得到了非常清晰而精细的材料内部细观结构.其图像的清晰度和分辨率明显地优于吸收衬度成像 关键词： 位相衬度成像 相干光源 同步辐射硬X射线     

高能电子在强激光场中的同步辐射获得超短X射线脉冲

 研究了逆流相对论高能电子与强激光脉冲相互作用的同步辐射过程,当电子具有合适的初速度且传播方向与激光的传播方向相反时,电子在激光脉冲中心作圆周运动。由于电子的运动半径比传统同步辐射环中电子的运动半径小几个数量级,因此电子的辐射能量大大增加。研究发现此过程可以获得阿秒和泽秒X射线脉冲;同时发现随着入射电子初能量的增加和激光能量的增强,获得X射线脉冲脉宽越来越短,强度越来越大。这使得激光同步辐射可以成为一种强大的短波长短脉宽的辐射光源。     

Thermal stability test and analysis of a 20-actuator bimorph deformable mirror

One of the important characteristic of adaptive mirrors is the thermal stability of surface flatness. In this paper, the thermal stability from 13℃ to 25℃ of a 20-actuator bimorph deformable mirror is tested by a Shack--Hartmann wavefront sensor. Experimental results show that, the surface P--V of bimorph increases nearly linearly with ambient temperature. The ratio is 0.11μm/℃ and the major component of surface displacement is defocused, compared with which, astigmatism, coma and spherical aberration contribute very small. Besides, a finite element model is built up to analyse the influence of thickness, thermal expansion coefficient and Young's modulus of materials on thermal stability. Calculated results show that bimorph has the best thermal stability when the materials have the same thermal expansion coefficient. And when the thickness ratio of glass to PZT is 3 and Young's modulus ratio is approximately 0.4, the surface instability behaviour of the bimorph manifests itself most severely.     

第三代同步辐射光源X射线相干性测量研究

随着高性能第三代同步辐射光源的建成开放,基于X射线相干特性的实验方法得到了快速发展和广泛应用.作为一个典型的例子,X射线相位衬度成像已经成为常规的X射线实验方法并向用户开放.相干散射、相干衍射成像、光子关联谱等X射线实验方法正日益受到重视,在高空间分辨、时间分辨等研究领域已显示出其独特的优越性.因此,研究和测量第三代同步辐射的空间相干特性对进一步发展这些新的实验方法具有重要意义.基于Talbot自成像原理成功测量了上海光源X射线成像线站发射的X射线的空间相干长度,并进而测得了相应光源的空间尺度.光子能量为33.2 keV时,测得的X射线光束垂直方向空间相干长度为8.84μm,对应的光源尺寸为23μm,测量结果与理论分析相符.     

Spatial and spectral characteristics of laser-field synchrotron radiation

The spatial and spectral characteristics of laser-field synchrotron radiation (LSR) are investigated. The results show that LSR is emitted normal to the laser axis and emission in the X-ray wavelength can be obtained by increasing the intensity of the laser pulse and the initial energy of the electron. The unique feature offered by the laser-field synchrotron radiation (LSR) makes them a promising compact source of light at shorter wavelengths.     

激光同步辐射作为阿秒X射线辐射源的特性研究

 研究了逆流相对论电子与激光脉冲相互作用获得激光同步辐射的频率上移、微分散射截面等特性。发现逆流相对论电子与短脉冲激光相互作用，可以获得阿秒X射线辐射脉冲。短脉冲激光条件下得到的后向散射光的频率上移与长脉冲激光条件下得到的后向散射光的频率上移是完全一致的，同时发现随着入射电子初始能量的增加，散射光的准直性越来越好，后向散射光脉冲的脉宽越来越短。