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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

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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]. , 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]. , 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/mrad 3.5
    光源距离/m 5000
    像点距离/m 2.5
    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/${\rm{Kg} }\cdot{ {\rm{m} }^{-2}}$
    Si 0.3 169 2330
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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
    1.2 1.2 0.1025 6.2142
    1* 0.0407 5.1368
    0.8 0.0161 4.0643
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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
    1.2 0.1025 6.2142 0.1452
    1* 0.0407 5.1368 0.0636
    0.8 0.0161 4.0643 0.0271
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出版历程
  • 收稿日期:2021-10-18
  • 修回日期:2021-11-22
  • 录用日期:2022-01-21
  • 网络出版日期:2022-01-27
  • 刊出日期:2022-05-20

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