大尺寸反射镜纳弧度测量中的关键技术研究

随着第三代同步辐射和自由电子激光光源以及光束线技术的发展，极高能量分辨、空间分辨和时间分辨的x射线实验技术已经成为重要的研究手段。纳弧度反射镜的加工和面形测量是实现高性能光束线的重要基础。本项目提出了基于自准直仪法测量大尺寸、纳弧度反射镜的技术方案。通过研究自准直仪法测量纳弧度角度和双平面反射镜替代五角棱镜等关键技术，并考虑振动、温度、支撑结构等因素及其相互之间耦合的影响，结合多物理场的工程分析，实现从部件、分系统到系统层次上的优化设计，合理有效地分配和控制测量误差。通过本项目的研究，实现在400mm范围内，达到90nrad的测量精度目标。本项目可以解决大尺寸纳弧度反射镜面检测中的关键技术。对于同步辐射和自由电子激光光束线的发展将有重要意义，同时也将推动国内纳弧度检测技术的发展。

纳弧度反射镜的加工和面形测量是实现高性能光束线的重要基础。本项目的主要目标是通过对纳弧度检测中关键技术的研究，掌握自准直仪法测量纳弧度角度技术、双平面镜模拟五棱镜技术、高精度反射镜夹持技术、高精度导轨及支撑平台的工程分析技术、高精度环境温度稳定技术与低气流扰动技术等，在此基础上研制原型机，实现400mm范围内，90nrad的测量精度。经过4年的研究，已达到项目申请书中主要目标。.1）掌握了基于自准直仪的纳弧度检测中的众多关键技术。纳弧度检测中涉及了许多高精度技术，利用纳弧度角度发生器，建立了5mm测量口径的自准直仪的测量精度标定技术；双平面镜模拟五棱镜技术和高精度反射镜夹持技术是实现纳弧度检测的关键部件，需要使用两块超光滑反射镜组成一个五棱镜，其中涉及了低应力镜片夹持技术、镜片调整支架在扫描头上的固定与振动技术、镜片的入射角、摆角、滚角标定技术等，通过研制，已完全掌握了其中的技术要点；通过对支撑台的分析，我们找到了一个合理的横梁设计，克服了自身的重力形变，保证了安装后的导轨的运动精度；环境温度恒定和抗气体湍流是实现纳弧度检测的最基本的要求，也是工程实现中的技术难点。本项目中，可以已经可以把环境温度控制在0.02℃（PtV）/24小时。.2）研制了一台原型机。研制了一台扫描范围400mm的纳弧度测量原型机。通过测量平面镜的面形，估算纳弧度测量机的测量精度等技术参数。对本项目研制的纳弧度测量机的标定结果见下表。.纳弧度测量机设计的技术指标和实测结果.序号.测试项目.技术要求.测试结果.1.扫描范围mm.400.400.2.单点稳定性nrad/2h(RMS).90.60.3.测量重复精度nrad(RMS).50.36 .4.平面镜斜率测量精度nrad (RMS).100.64.总之，通过纳弧度测量技术的研究和纳弧度测量机的研制，极大地提高了我国在大尺寸、高精度同步辐射反射镜的测量水平，使得从原先的μrad测量精度跨越到了nrad测量精度。达到国际同类设备先进水平。.该项目的完成，不仅对以后研制扫描范围1000mm的实用化纳弧度测量机具有重要意义，而且提高了国内研制X射线大口径光学元件表面轮廓非接触高精度测量设备的能力，也对国内高精度同步辐射光学元件加工提供了技术支撑。