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上海光源软X谱学显微光束线采用EPU(Elliptically Polarized Undulator)作为光源,能够提供不同极化状态的软X射线,采用变包含角平面光栅单色器作为分光设备。为了保证单色器的研制成功,达到要求的精度指标,在单色器的设计过程中,对单色器的若干主要精度指标进行了分析研究。
本论文重点内容有以下几方面:
1.介绍了上海光源软X谱学显微光束线物理设计和变包含角平面光栅单色器的总体设计。
2.系统地分析了影响单色器扫描机构转角重复精度的误差源,根据机械机构几何关系给出了各项误差源的误差传递公式；利用有限元软件ANSYS,就正弦杆的不同截面形状和不同材料进行了数值计算,根据计算结果实施工程方案；同时对驱动杆进行了了模拟计算；最后依据上面计算结果对单色器正弦扫描机构转角重复精度进行了误差分析。
3.从单色器结构刚度出发,运用了有限元软件ANSYS对平面镜镜框的加强筋布置(数目、厚度、间距)进行了优化分析,得到了一系列组合序列。
4.系统地分析了影响单色器出射光斑横移的误差源,并根据单色器的光路布局和运动原理等,推导了各项误差源对光斑横移的误差传递公式。利用有限元软件ANGYS模拟计算了结构形变对光斑横移的影响,依据分析结果对引起光斑横移的各项机械加工误差进行了分配。
5.利用有限元软件ANSYS,对单色器波长扫描组件进行了动力学分析,分析结果与现场振动测试结果吻合一致,初步掌握了单色器的动力学特性,为单色器在防振和隔振方面提供了第一手的资料。
6.针对单色器的转角重复精度和出射光斑横移重复精度以及动力学特性的测试,就测量仪器选择、测量方案进行了初步的概述；并给出了测试结果。
本文在变包含角单色器的设计中,首次系统地对变包含角平面光栅单色器进行了数值模拟计算,成功地辅助了实际工程设计,测试结果与模拟计算结果吻合一致,表明了模拟计算的可靠。论文的工作为今后同类的单色器设计提供了理论依据。