亚微米聚焦高稳定柔性铰链压弯机构的模拟分析
潘要霖
学位类型硕士
导师李爱国
2017
学位授予单位中国科学院研究生院(上海应用物理研究所)
关键词X射线微纳探针 压弯非球面镜 有限元分析
摘要由于同步辐射硬X射线微米、纳米探针具有高能量、高穿透能力、高探测灵敏度、高空间分辨率等特点,因此被广泛应用于众多学科领域的研究探索中。为了追求更好的空间分辨率、更高的通量,科学家们在一个多世纪里发展出了一系列的聚焦方法和技术。在众多聚焦方法和技术中,采用动态压弯的非球面弹性压弯镜系统由于具有反射率高、空间分辨率高、加工难度较低、光学参数可调、消色散等特点而被广泛应用。目前国际上已经发展了一系列弹性压弯的方法和技术,其中欧洲同步辐射光源(ESRF)已经实现了小于50nm的聚焦光斑。国内也进行了弹性压弯机理的研究和相关技术的研制,并取得了一系列的结果。作为国内首条三代光源微纳聚焦线站,上海光源硬X射线微聚焦及应用线站(BL15U1)采用压弯K-B镜实现了<2μm的硬X射线聚焦光斑。在压弯机理方面,我们采用了精确压弯理论。根据实际情况,提出复杂姿态下通过调节宽度的方式补偿重力的方法。在此基础上并针对上海光源硬X射线微聚焦线站的光束线条件,与美国阿贡国家实验室先进光子源中心(APS)合作研制了基于weak-link的柔性铰链压弯机构,期望得到亚微米尺度的聚焦光斑。本文对设计的柔性铰链压弯机构进行了系统的有限元分析工作,分析了压弯机构的应力分布,对压弯镜体宽度进行了优化,并对压弯样机进行了离线和在线测试。优化后压弯系统的有限元分析结果表明:本套压弯机构可在材料的弹性范围内工作,理论上可将X射线聚焦到164nm。通过长程面形仪(LTP)对压弯机构样机的测试,本套压弯机构具有高度的机械稳定性和重复精度。测试样机的压弯非球面镜的斜率误差为430nrad,理论上可实现230nm的硬X射线聚焦光斑。样机的X光在线初步测试结果表明,在当前束线条件下且镜体宽度未进行优化的情况下,本套压弯机构可以实现约350nm的硬X射线聚焦光斑,达到了预期设计目标,对进一步研制更高空间分辨率的纳米聚焦压弯镜具有指导意义。
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/27537
专题中科院上海应用物理研究所2011-2018年
作者单位中国科学院上海应用物理研究所
推荐引用方式
GB/T 7714
潘要霖. 亚微米聚焦高稳定柔性铰链压弯机构的模拟分析[D]. 中国科学院研究生院(上海应用物理研究所),2017.
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