專利名稱：具有最大適用范圍的同步輻射曲邊聚焦鏡及其設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚焦鏡及其設(shè)計方法，尤其涉及一種具有最大適用范圍的同步 輻射曲邊壓彎聚焦鏡及其設(shè)計方法，屬于同步輻射光束線工程、同步輻射光學技術(shù)領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
同步輻射的優(yōu)點之一是高亮度。亮度一般指相空間中的光子數(shù)密度，同步輻射 光子通量高，相空間體積小造就了高亮度的特點。根據(jù)劉維定理，在不犧牲光子通量前 提下，亮度無法提高。當壓縮光束的線寬度時，其角寬度就要增大；反之，當壓縮角寬 度使光束變得更準直時，其線寬度就要增大。然而，不同實驗對光束的相空間形狀要求 不同，例如熒光微區(qū)分析要求小的光斑尺寸，大分子晶體衍射實驗同時要求小光斑尺寸 和較好的準直性等等。微聚焦裝置的產(chǎn)生滿足了對光束小尺寸光斑、高通量面密度的需 求。目前同步輻射束線上采用較多的微聚焦裝置大致可分為四類一是 Kirkpatrick-Baez鏡(簡稱K-B鏡)微聚焦裝置；二是導管式微聚焦裝置，又分為單管透 鏡和整合毛細管透鏡；三是組合折射透鏡式微聚焦裝置；四是純衍射型聚焦裝置，主要 有波帶片、勞埃多層膜。K-B鏡是RKirkpatric和A.VBaez首先提出的以他們名字命名的 聚焦成像系統(tǒng)，它以高傳輸效率(>70%)、無色散及耐輻射等諸多反射鏡的優(yōu)良特性， 以及工藝上易于實現(xiàn)、像差很小等諸多K-B結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，成為當前最廣泛采用的微聚焦 裝置。如圖Ia和圖Ib所示，K-B鏡由兩塊獨立正交放置、分別負責水平和垂直聚焦的 反射鏡Ml、M2組成，光源source發(fā)出的光束經(jīng)由反射鏡Ml、M2的反射，聚焦至像點 focus,反射鏡面形多為柱面，其成像公式為
1 1 1m—+ - = —Vl ；
ρ q J其中，P為光源到反射鏡距離，q為反射鏡到聚焦像點距離，f為反射鏡的焦距。 由于用于微聚焦的K-B鏡要有較大的縮放比，入射角要限制在全反射角以內(nèi)，為了保證 較大的接收，又要有較大的鏡子長度，因而目前廣泛采用盡可能接近理想的橢圓柱面的 面形來減小像差。直接加工成型橢圓柱面鏡造價非常昂貴，并且焦距無法調(diào)節(jié)。而將平 面鏡利用壓彎技術(shù)得到橢圓柱面鏡，大大降低了鏡子的加工難度，并且可以實現(xiàn)焦距在 一定范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)。計算K-B聚焦理想的鏡面面形的方法如下如圖2，ρ為源距，q為像距，也即p、q的定義與公式(1)相同，鏡面中心處 光線掠入射角為Θ，鏡面上最大掠入射角θ·χ在鏡子末端位置，我們以鏡子中心為原 點，沿鏡面長度方向為X軸、垂直中心鏡面方向為y軸建立坐標系，并得到物點坐標為 (-pcos θ，psin θ )，像點坐標為(qC0S θ，qsin θ )。通過鏡面上某點(x，y)的光線光程 表達式為
權(quán)利要求
1.一種具有最大適用范圍的同步輻射曲邊聚焦鏡，該聚焦鏡的壓彎面形滿足理想橢 圓方程
2.一種具有最大適用范圍的同步輻射曲邊聚焦鏡，該聚焦鏡的壓彎面形滿足理想橢 圓方程
3.一種具有最大適用范圍的同步輻射曲邊聚焦鏡，該聚焦鏡的壓彎面形滿足理想橢 圓方程
4.一種同步輻射曲邊聚焦鏡的最大適用范圍設(shè)計方法，包括以下步驟 建立鏡面的理想橢圓方程
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的同步輻射曲邊聚焦鏡的最大適用范圍設(shè)計方法，其特征在 于，所述主要剩余面形誤差函數(shù)為第4階剩余面形誤差函數(shù)
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的同步輻射曲邊聚焦鏡的最大適用范圍設(shè)計方法， 其特征在于，在獲得所述第4階剩余面形誤差函數(shù)之后，將慣性矩分布設(shè)計函數(shù)
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的同步輻射曲邊聚焦鏡的最大適用范圍設(shè)計方法，其特征在 于，針對ρ范圍優(yōu)化設(shè)計的kMd值為
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的同步輻射曲邊聚焦鏡的最大適用范圍設(shè)計方法，其特征在 于，針對q范圍優(yōu)化設(shè)計的kMd值為
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的同步輻射曲邊聚焦鏡的最大適用范圍設(shè)計方法，其特征在 于，針對θ范圍優(yōu)化設(shè)計的kMd值為
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的同步輻射曲邊聚焦鏡的最大適用范圍設(shè)計方法，其特征在 于，若需要針對三個聚焦條件共同優(yōu)化設(shè)計，則取為針對q的最大適用范圍設(shè)計。
全文摘要
本發(fā)明公開一種具有最大適用范圍的同步輻射曲邊壓彎聚焦鏡及其設(shè)計方法，該設(shè)計方法包括建立設(shè)計聚焦條件下理想的橢圓鏡面方程；建立鏡體壓彎撓度微分方程，得到滿足壓彎面形為理想橢圓慣性矩分布設(shè)計函數(shù)，此函數(shù)含一個待設(shè)計的彎矩分布相對斜率設(shè)計值kMd；計算當聚焦條件偏離設(shè)計值時，調(diào)整聚焦鏡彎矩偏離設(shè)計值以適應聚焦條件的變化；計算彎矩調(diào)整后的主要剩余面形誤差，使其對某聚焦條件的導數(shù)在設(shè)計值處為零，得到針對該聚焦條件優(yōu)化的kMd值，然后代入慣性矩分布設(shè)計函數(shù)取得聚焦鏡的幾何設(shè)計。本發(fā)明的聚焦鏡在聚焦條件改變時，通過調(diào)整彎矩可以大幅消除面形誤差，也即實現(xiàn)曲邊壓彎聚焦鏡對某個聚焦條件的適用范圍最大化。
文檔編號G02B19/00GK102012558SQ20101052409
公開日2011年4月13日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者劉鵬, 李明, 盛偉繁, 石泓 申請人:中國科學院高能物理研究所