高热负载反射镜测量用现场表面轮廓仪

　　介绍

　　高精度光学组件的测量几乎总是在清洁的实验室里.在温度和声音很稳定的环境中，在通常大气压进行的。一些同步辐射((SR)用的光学组件要承受每毫米几瓦的高热载荷，因此，要在类似于实际使用的条件下进行测量，即要在一个拥挤的、噪声的大厅中，在超高真空、高热载荷条件下进行测量。这些条件显然与传统可见光干涉测量条件是不可比拟的。但是，为了验证反射镜理论计算的性能和为了监测可能由于冷却系统完善性损失产生的辐射衰减征兆，还必须进行这些测量。

　　第二代和第三代SR光源的光束线需要运用高分辨率、小焦点光学系统，去传输高亮度、高功率密度辐射源的光束线。这就给在这些束线中光学组件的表面质量定下了很严格的要　　求。对于平面、球面和非球面，要求制造精度:均方根(rms )倾斜角误差容限为1一5 urad(0. 2^-larc sec)，曲率半径误差容限要少于0.5%在SR和X射线或真空紫外(VUV)天文光学中，一般采用掠入射式.长1 m，切向曲率半径为几百米到几千米量级的柱面、超环面或椭球面形状的反射镜.这就增加测量这些表面的困难。本来这些组件在实验室中测量就很困难，现在要求我们在有光束线的实际工作条件下现场测量，就更加困难了。

　　光学表面的传统检测.通常是用干涉仪以非接触的方式进行检测。传统干涉仪一般选用变型Fizean或者Twyman-Green相移系统.然而，这些系统对振动都很敏感，不能直接在实验大厅的地上进行测量。另外.用小口径干涉仪适配测量大尺寸反射镜也是困难的。以这些系统测量球面或者非球面也是困难的。

　　Qian和Takacs于1937年首先报道了他们对SR反射镜现场干涉测量的研究成果。他们用一个横向剪切干涉仪对曝露在IVSLS的X17-7型波荡器发出的低功率光束线中的柱面反射镜进行了测量，测得切向曲率变化为6. 2%该剪切干涉仪对振动和空气扰动是不敏感的，但是.由于对米数量级长度表面的测量要求用大尺寸的剪切平板.使得这种测量技术在大多数情况下使用是不实际的。还有，对于非球面测量，干涉条纹很难成像并且难以解释。

　　其它现场测量技术也有报道。欧洲同步辐射研究所( European Synchrotron RadiationFacity )已研制出一个Shack - Hart-mann系统.用于测量畸变和用于给高热载荷束线中的自适应反射镜提供反馈信号。把该系统设计用于控制许多快速响应的、因而具有很宽控制带宽的压电致动器。这是一个相当大的、相当复杂和昂贵的系统.并且难以校准。因此不适合用于几何尺寸小巧的装置.

　　我们提出一个基于五棱镜LTP (ppLTP)原理，用于对高热载荷SR反射镜现场测量的新方法。过去研制的LTP(长轨轮廓仪)专门用于在光束线外在实验室安装、用以测量掠入射X射线反射镜。标准的LTP结构配置要求其光学头包含干涉仪和探测器两部分，安装在空气轴承导轨气浮平台上.可沿待测反射镜的长度方向移动。对现有系统结构配置提出改进，要求只把一个小的五棱镜放在真空室内，沿待测反射镜长度方向移动.而光学头的其余部分固定在真空室外面一个固定不动的机座平台上。这种结构配置类似于von Bieren研究的初始五棱镜干涉仪的结构配置。由于只把五棱镜固定在传输平台上，因而构成一个特别小巧的扫描装置，这样传输平台精度容限可以放得很宽，而对测量系统的最终精度也不会降低。能把传输平　　台设计成在超高真空室内易于安装并且易于操作的装置。改进后的现场LTP (1SLTP)系统，非常适合于测量在强X射线流中承受高热载荷反射镜的面形，适合于在特别差的环境条件中进行精密测量。