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变截面压弯椭球柱面反射镜优化设计

李桐 王楠 祝万钱 任祖洋 金利民 薛松

李桐, 王楠, 祝万钱, 任祖洋, 金利民, 薛松. 变截面压弯椭球柱面反射镜优化设计[J]. 中国光学(中英文), 2022, 15(3): 508-513. doi: 10.37188/CO.2021-0179
引用本文: 李桐, 王楠, 祝万钱, 任祖洋, 金利民, 薛松. 变截面压弯椭球柱面反射镜优化设计[J]. 中国光学(中英文), 2022, 15(3): 508-513. doi: 10.37188/CO.2021-0179
LI Tong, WANG Nan, ZHU Wan-Qian, REN Zu-Yang, JIN Li-Min, XUE Song. Optimal design of variable cross-section compression-bending ellipsoidal cylindrical mirror[J]. Chinese Optics, 2022, 15(3): 508-513. doi: 10.37188/CO.2021-0179
Citation: LI Tong, WANG Nan, ZHU Wan-Qian, REN Zu-Yang, JIN Li-Min, XUE Song. Optimal design of variable cross-section compression-bending ellipsoidal cylindrical mirror[J]. Chinese Optics, 2022, 15(3): 508-513. doi: 10.37188/CO.2021-0179

变截面压弯椭球柱面反射镜优化设计

doi: 10.37188/CO.2021-0179
基金项目: 国家自然科学基金青年科学基金项目(No. 11805262)
详细信息
    作者简介:

    李 桐(1997—),男,江苏盐城人,博士研究生,2019年于中国民航大学获得学士学位,主要从事同步辐射光学工程方面的研究。E-mail: litong@sinap.ac.cn

    薛 松(1962—) , 男, 吉林长春人, 研究员, 博士生导师, 1984年于东北大学获得学士学位, 主要从事同步辐射光学工程、精密机械和光谱仪器设计方面的研究。E-mail: xuesong@zjlab.org.cn

  • 中图分类号: TH744;O434.1

Optimal design of variable cross-section compression-bending ellipsoidal cylindrical mirror

Funds: Supported by National Natural Science Foundation of China(No. 11805262)
More Information
  • 摘要: 根据同步辐射光束在建线站项目需要,提出变截面压弯椭球柱面反射镜方案。该方案基于变宽度压弯椭圆柱面聚焦镜设计理论,推导出变截面(带弧矢聚焦)反射镜镜面斜率误差的计算公式,并进行优化设计。本研究基于聚焦镜光学参数(物距$p$、像距$q$和掠入射角$\theta $)进行设计,最终借助有限元分析软件计算反射镜的设计误差。结果表明,在此需求下,反射镜两端最优宽度分别为49.5 mm和90.5 mm,对反射镜两端压弯弯矩进行计算、仿真、优化后,其斜率误差均方根值由~5.1368 μrad降低至~0.0636 μrad(取1 m长),接近系统误差(~0.0407 μrad) ,满足设计要求(<0.1 μrad)。

     

  • 图 1  椭圆压弯聚焦原理图

    Figure 1.  Schematic diagram of elliptical bending focus

    图 2  压弯镜示意图

    Figure 2.  Schematic diagram of the bending mirror

    图 3  反射镜模型轴测图

    Figure 3.  Axonometric view of mirror model

    图 4  模型网格划分

    Figure 4.  Meshing results of the mirror model

    图 5  反射镜压弯面形及斜率分析

    Figure 5.  Analysis of the bending surface shape and slope of the mirror

    图 6  截面惯性矩示意图

    Figure 6.  Schematic diagram of the section moment of inertia

    图 7  反射镜各点处惯性矩

    Figure 7.  Moment of inertia at each point of the mirror

    表  1  反射镜设计参数

    Table  1.   Main indicators of the designed mirror

    参数指标
    掠入射角/mrad3.5
    光源距离/m5000
    像点距离/m2.5
    反射镜尺寸1200 mm(L)×50 mm(H)
    有效光学长度1000 mm
    形状梯形柱面镜
    镜体材料单晶硅
    压弯斜率误差/μrad<0.1
    槽宽/弧矢半径18 mm/R17.5 mm
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    表  2  用于仿真分析的材料属性

    Table  2.   Properties of the material used in the simulation analysis

    材料泊松比杨氏模量/${\rm{GPa}}$密度/${\rm{Kg} }\cdot{ {\rm{m} }^{-2}}$
    Si0.31692330
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    表  3  本文计算的与初始公式计算的斜率误差对比

    Table  3.   Comparison of the slope errors calculated in this paper with that calculated by the initial formula

    镜长/m有效尺寸/m系统斜率误差RMS/μrad椭球镜斜率误差RMS/μrad
    1.21.20.10256.2142
    1*0.04075.1368
    0.80.01614.0643
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    表  4  修正前后斜率误差对比

    Table  4.   Comparison of the slope errors before and after correciton

    有效尺寸/m系统斜率误差RMS/μrad修正前仿真误差RMS/μrad修正后仿真误差RMS/μrad
    1.20.10256.21420.1452
    1*0.04075.13680.0636
    0.80.01614.06430.0271
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-10-18
  • 录用日期:  2022-01-21
  • 修回日期:  2021-11-22
  • 网络出版日期:  2022-01-27
  • 刊出日期:  2022-05-20

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