振幅矢量叠加法分析X射线波带片加工误差对效率的影响

使用振幅矢量叠加法,通过叠加X射线波带片每一对环带对焦点的贡献,计算和分析了随机环带位置误差、宽度误差、扩散和粗糙度对波带片的效率的影响。用Strehl比来量化和衡量与理想波带片有偏差的波带片的性能,对两个波带片实例分别用Strehl极限确定了能容许的4种误差的最大值。计算了Ni软X射线波带片的随机环带位置误差及宽度误差对主焦点效率的影响;计算了SiO2/Ni硬X射线溅射切片波带片的两种材料的相互扩散和粗糙度对衍射效率的影响。结果表明:4种误差越大,主焦点效率越小,对Ni软X射线波带片,随机环带位置误差均方根和宽度误差均方根小于最外环宽度的20%左右时,对SiO2/Ni硬X射线溅射切片波带片,扩散区宽度和粗糙度均方根分别小于最外环宽度的90%和60%左右时,得到的Strehl比在Strehl极限之上。

用衍射场叠加法分析四种误差下的X光波带片

利用叠加所有圆环的解析近似衍射场的方法来计算和分析随机环带位置误差、宽度误差、扩散和粗糙度对X射线波带片的效率和分辨率的影响。用Strehl比来量化和衡量与理想波带片有偏差的波带片的性能,对两个波带片例子分别用Strehl极限确定了其能容许的四种误差极限。以一个Ni软X射线波带片为例,用叠加圆环衍射场的方法分析了随机环带位置误差和宽度误差对主焦点效率和分辨率的影响;以一个SiO2/Ni硬X射线溅射切片波带片为例,计算了两种材料的相互扩散和粗糙度对衍射效率和分辨率的影响。计算结果表明,四种误差越大,主焦点效率越小,分辨率越差,对第一个波带片例子而言,随机环带位置误差均方根和宽度误差均方根小于最外环宽度的30%;而对于第二个波带片例子,扩散区宽度和粗糙度均方根分别小于最外环宽度的105%和50%时,得到的Strehl比在Strehl极限之上。

衍射光学元件车削误差控制技术

衍射光学元件在光学系统中的应用越来越广泛,对衍射结构的加工质量提出了更高的要求。单点金刚石车削可直接加工出高精度衍射微结构表面,但衍射结构的位置误差和表面质量对其光学性能有较大影响。为了提高衍射光学元件的性能,需要精确控制其车削误差。基于此,分析了影响衍射元件加工质量的因素,建立了揭示位置误差、衍射面形状和刀具半径之间的关系的数学模型,揭示了衍射带位置精度影响规律。通过补偿加工提升基底表面质量来提高衍射曲面面形精度。结合仿真模型与粗糙度影响参数,指导车削刀具半径的选取。最后,基于仿真结果,选择半径为0.02 mm的半圆弧刀具加工,最终加工的衍射元件面形误差为292 nm,衍射环带位置误差最大为55 nm,高度误差最大为16 nm,粗糙度为5.6 nm。实验结果表明,该预测模型可以指导衍射光学元件高精度表面形貌的获取,有利于提高光学系统的成像质量,为高精度衍射光学元件的批量生产提供了技术支持,具有广泛的工程应用价值。