發(fā)布時間：2020-11-19 21:09

　　 在同步輻射光源、自由電子激光、X射線天文望遠(yuǎn)鏡等研究領(lǐng)域,均會采用大尺寸反射鏡實現(xiàn)對X射線的反射或聚焦,這些大尺寸反射鏡的面型誤差直接決定了相關(guān)領(lǐng)域光束的質(zhì)量。在大尺寸反射鏡面的高精度加工和使用過程中,高精度非接觸的光學(xué)檢測技術(shù)起到了關(guān)鍵性作用,長程面形儀(LTP)和納弧度測量儀(NOM)是實現(xiàn)大尺寸反射鏡檢測的主要儀器,可以實現(xiàn)逐點掃描檢測表面的斜率。NOM裝置使用商業(yè)化高精度自準(zhǔn)直儀替代了LTP中復(fù)雜的檢測光路極大地提高了測量精度,但當(dāng)其作為反射鏡測量時,為了反映反射鏡表面斜率的細(xì)節(jié),需要測量光束的直徑小于1mm,而商業(yè)化自準(zhǔn)直儀的口徑為30mm以上,因此NOM在使用自準(zhǔn)直儀時通常采用小孔光闌選出一束細(xì)光束用于測量,即自準(zhǔn)直儀工作在大口徑、細(xì)光束模式下。這樣設(shè)計于寬光束的自準(zhǔn)直儀,用于細(xì)光束工作模式時會因光束口徑改變引入額外的測量誤差。因此為了滿足NOM細(xì)光束測量的要求,本文針對大口徑細(xì)光束自準(zhǔn)直系統(tǒng)進行了研究。本論文詳細(xì)介紹了國內(nèi)外自準(zhǔn)直儀的發(fā)展現(xiàn)狀,深入研究了自準(zhǔn)直光學(xué)原理和單模光纖光源的原理,并根據(jù)儀器擬達到的技術(shù)指標(biāo),提出了具體系統(tǒng)的物理設(shè)計方案。結(jié)合MATLAB和ZEMAX軟件對光源準(zhǔn)直系統(tǒng)進行了驗證與設(shè)計,優(yōu)化了f-θ透鏡參數(shù)使其滿足細(xì)光束工作模式,并對細(xì)光束下影響自準(zhǔn)直儀測量精度的各誤差源進行了深入分析,對入射光束發(fā)散度誤差進行了ZEMAX模擬驗證,通過對上述誤差的定量與定性分析,直觀的觀察到各類誤差源對系統(tǒng)精度造成的影響,為后續(xù)大口徑細(xì)光束自準(zhǔn)直系統(tǒng)的設(shè)計提供了重要的理論支持。最終對整個大口徑細(xì)光束自準(zhǔn)直測量系統(tǒng)進行了ZEMAX模擬,得出該光學(xué)系統(tǒng)在工作距離為1~2m,量程為5mrad以內(nèi)時的測量誤差400nrad,滿足系統(tǒng)的總體設(shè)計要求。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH741.14
【部分圖文】：

圖 2.3 高斯光束聚焦Figure 2.3 Gaussian beam focusing斑半徑，L 是 0與透鏡 1 的橫向位置大小，f 徑為ω( )，經(jīng)過透鏡 1 后的像方腰斑大小為 幅分布曲線不變?nèi)詾楦咚构馐�，則 0傳播一定面半徑ω( )為：ω( ) = 01 ( 02)2的特性和透鏡作用可得經(jīng)過透鏡后的腰斑大小 12= 02 2( )2( 02 )2 = ( )2 222

第 2 章 自準(zhǔn)直光學(xué)原理及高斯光源的原理散角 2，就必須使透鏡前焦平面處的束腰半徑盡可能的小，也即是采用兩鏡聯(lián)合使用。由公式（2.11）可知，束腰半徑 1與焦距 f 成正比，因此還采用減小透鏡焦距的辦法來減小束腰半徑 1。由上述分析可以得到具體的光源準(zhǔn)直結(jié)構(gòu)如圖 2.4 所示，第一個透鏡采用距的凸透鏡，可以把初始腰斑 0壓縮到 1，第二個透鏡采用長焦距的凸透使腰斑 1位于透鏡 2 的物方焦平面處，此時可以增大束腰半徑 2，以此實束準(zhǔn)直的作用。

（3）±5mrad（1031"）內(nèi)精度為 500nrad（0.1"）2 總體方案本物理設(shè)計是根據(jù)自準(zhǔn)直光學(xué)原理，主要構(gòu)成部分包括光源、光學(xué)結(jié)構(gòu)CD。其主光路如圖 3.1 所示，主光路中使用了單模光纖光源，具有非相干、亮度高、能量集中以及信噪比高等特點，同時根據(jù)需要光路中選用了短的透鏡和長焦距的準(zhǔn)直物鏡，使整個系統(tǒng)在用于入射光束經(jīng)過反射鏡反射為測量光束實現(xiàn)待測鏡面的檢測時可以滿足細(xì)光束測量的光束發(fā)散度要求準(zhǔn)直物鏡和 CCD 構(gòu)成了 f-θ 角度檢測系統(tǒng)，該檢測系統(tǒng)是針對細(xì)光束設(shè)計，采用的優(yōu)化方案是在多組不同工作距離及大范圍測量角度（如 5mrad），以對應(yīng)細(xì)光束測量光斑質(zhì)心位置的偏移量最小為目標(biāo)進行優(yōu)化，使得自儀光學(xué)系統(tǒng)的像差與入射光入射到光學(xué)系統(tǒng)的空間位置無關(guān)，極大地降低鏡像差引入的系統(tǒng)誤差，同時保證了大范圍角度下的測量精度。
【參考文獻】

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本文編號：2890447