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第三代同步辐射光源具有极低的发射度,是接近衍射极限的光源。为了充分发挥光源的优异性能,将其有效的用于物理学、化学、材料科学、生命科学及医学、地球与环境科学等科学研究中,要求光束线中的X射线聚焦元件具有极佳的聚焦性能。由于反射镜具有能量传输效率高、无色散、耐辐射、等优点,是同步辐射光束线中最常用的聚焦元件。其中在镜体两端的弯矩作用下的机械压弯反射镜具有面形能动可调性,有效的解决了直接成型的反射镜的加工成本高、环境适应性差等问题。然而随着光源性能不断的提高,及科学研究不断的深入,要求反射镜具有极高的面形调节精度,机械压弯反射镜有限的调节自由度体现出其局限性,而基于自适应光学技术的双压电片反射镜具有更多的调节自由度,能够补偿由于抛光缺陷、光束引起的热形变、重力形变及装夹机构引起的形变等中、低频面形误差,因而成为同步辐射光束线领域的研究热点。 本文在中国高能同步辐射光源(HEPS)及其验证工程基本要求的前提下,结合我国光学精密加工的实际水平,研制我国第一台双压电片反射镜样机,并主要从以下几个方面开展研究: 第一,基于压电方程,推导得出双压电片反射镜面形与外加电压所满足的解析关系式:曲率半径-电压关系式(R-V关系式)。该关系式是完善的二维理论关系式,体现了R与V之间的反比关系,同时也直观的反应了R与镜子材料及结构参数的关系。该关系式的精度也得到有限元分析软件ANSYS的验证。 第二,利用R-V关系式分析了镜子的材料及结构参数对其压弯范围的影响,从而确定了镜体材料及厚度。当给定理想椭圆柱面时,利用R-V关系式确定多电极双压电片反射镜中各个电极的电压值,以及相应的面形误差。同时,利用由ANSYS软件所计算的响应函数确定多电极镜子的电压值及相应的面形误差。两种方法的计算结果几乎完全一致。此外,分析了不同电极间隔对面形精度的影响。最终确定双压电片反射镜样机的结构。 第三,完成了用于装夹样机的镜座的机械设计,镜座的机械设计保证了镜子在外加电压作用下的自由变形。根据实验测试要求,确定电源系统的电压范围、稳定度、功率等指标。完成电源系统的稳定性测试,并编写电源系统的远程控制界面,以便于实验操作。 第四,根据理论分析结果提出样机的面形加工指标。经过样机研制的工艺摸索发现,粘接工艺是影响镜子面形进一步提升的关键技术。利用拼接干涉仪完成样机的实验测试,包括R-V关系的测试,面形校正能力测试,及稳定性测试。 本文介绍了我国第一台适用于同步辐射光源的双压电片反射镜样机的研制,包括其理论分析,模拟验证,加工工艺摸索,以及实验测试工作。本文的内容将对我国同步辐射中双压电片反射镜的进一步研究具有重要意义。