极高分辨变包含角平面光栅单色器关键技术及检测方法研究

上海光源的建设，将极大提升我国软X射线在固体物理、生物、材料等多个领域的应用研究水平，同时对软X射线光束线的性能提出了更高的要求。设计、研制高性能的软X射线束线单色器成为研究人员获得高水平实验结果的前提和追求的新目标。在多种类型的单色器中，变包含角平面光栅单色器凭借其宽光谱、高通量、高分辨、应用灵活等优异性能获得广泛认可，但其束线单色器技术实现难度很大。本项目以提高变包含角平面光栅单色器光谱分辨力为目标，着重研究变包含角平面光栅单色器不同工作模式的特点；结合应用，重点分析单色器分辨力与机械运动精度等关键因素的相互关系；采用有限元分析技术结合上海光源特点，深入研究单色器高热载条件下光学元件的恒温冷却技术及其对光学系统的影响；系统的研究变包含角光栅单色器离线和在线检测方法及测试手段。这些研究将为第三代同步辐射光源中建造极高分辨变包含角单色器奠定理论和方法学基础。

上海光源的建设，将极大提升我国软X射线在固体物理、生物、材料等多个领域的应用研究水平，同时对软X射线光束线的性能提出了更高的要求。设计、研制高性能的软X射线束线单色器成为研究人员获得高水平实验结果的前提和追求的新目标。在多种类型的单色器中，变包含角平面光栅单色器凭借其宽光谱、高通量、高分辨、应用灵活等优异性能获得广泛认可，但其束线单色器技术实现难度很大。本项目以提高变包含角平面光栅单色器光谱分辨力为目标，着重研究变包含角平面光栅单色器不同工作模式的特点，分析单色器分辨力与机械运动精度等关键因素的相互关系；结合上海光源，利用有限元分析手段研究高热负载对单色器光学元件的影响，并设计相关冷却系统，降低热负载产生的影响；研究变包含角平面光栅单色器转角精度检测方法。结果表明，根据推导出的变包含角平面光栅单色器聚焦常数与单色器分辨率的关系式，可达到精确控制分辨率的目的；加入冷却系统后，单色器前置平面镜因受热负载影响而产生的最大斜率误差由8.1μrad降到3.1μrad；设计可应用于变包含角光栅单色器分辨率达5×10^4的转角精度检测方法，检测精度可达0.026″。这些研究将为第三代同步辐射光源中建造极高分辨变包含角单色器奠定理论和方法学基础。