[发明专利]一种大尺寸X射线反射镜干涉拼接测量系统及方法

说明书

本发明涉及一种大尺寸X射线反射镜干涉拼接测量系统，包括减振平台，减振平台上安装有第一基座、移动装置和第二基座，第一基座的上方固定有干涉仪，移动装置包括安装在位移导轨上的多自由度机械运动平台，多自由度机械运动平台上方固定有被测光学镜和光学反射镜，第二基座的上方固定有自准直仪，且干涉仪、多自由度机械运动平台和自准直仪均与一控制终端通信连接。本发明通过设置多自由度机械运动平台，减小干涉拼接测量过程中的随机误差；通过设置高精密角度测量系统，提高最终的测量精度，采取高精度的自准直仪系统实现相关角度测量功能。并且，本发明能够快速、自动化地获取大尺寸高精度反射镜的完整二维面形数据，提高测量效率。

技术领域

本发明涉及反射镜面形检测技术领域，更具体地涉及一种大尺寸X射线反射镜干涉拼接测量系统及方法，包括平面镜或球面镜、椭圆镜等各种非平面镜的干涉拼接测量系统。

背景技术

随着第四代同步辐射衍射极限环和自由电子激光的发展，尤其是硬X射线自由电子激光的建造及运行，为物理、化学、生命科学、材料科学、能源科学等多学科提供了高分辨成像、超快过程探索、先进结构解析等尖端研究手段。由此使得X射线大尺寸、高精度的反射镜的应用日益广泛，与之同时带来的是对X射线光学反射镜质量要求的不断提高。以应用于光束线工程的掠入射反射镜为代表，其X射线反射镜的面形精度要求高达1-2nm(PV)，斜率误差低于50-100nrad(RMS)，粗糙度不超过0.1nm(RMS)。而由于X射线的波长极短，光学元件材料对其吸收很强，所以只能采用全反射方式运行在掠入射的工作模式下，通过提高入射角度来获得较高的反射率，从而使得X射线反射镜一般为横向较窄且轴向较长的长条形，其长度甚至可超过1000毫米，而宽度仅为几十毫米，长宽比极高。其次，为了更好地获得聚焦调节性能，X射线反射镜不再局限于平面和非球面，还包括椭圆柱面、椭球面、环面和自由曲面等，对X射线反射镜的高精度测量提出了极大挑战。

目前，用于检测X射线反射镜的方法包括基于斜率测量的一维检测法和子孔径干涉拼接法。其中，一维检测法所使用的干涉仪包括长程面形仪、基于高精度自准直仪的纳弧度测量仪和基于两种自准仪的纳米精度表面轮廓仪，采用这些干涉仪仅能获得X射线反射镜的一维测量信息，即一条线上的表面信息，无法获得X射线反射镜的二维形貌信息，从而无法满足当前X射线反射镜整体面形的检测要求。子孔径干涉拼接法可以有效解决传统干涉仪面临的口径不合、测量范围不够的问题，能够获取X射线反射镜的二维数据。但目前采用的普通干涉仪拼接法和Shark-Hartmann拼接法受限于自身内部结构，对被测反射镜的角度误差较为敏感，测量过程中需要参考光束，而拼接过程中会存在角度误差的积累，且参考光束也存在误差，这就使得最终的测量精度和效率较低。

针对上述测量方法的不足，各大同步辐射装置相继研发了基于日本大阪大学(Mimuraetal.Rev.Sci.Instrum.76,045102-2005)发展的确定相对角度的子孔径拼接装置(RADSI)，尤其以日本Spring-8，欧洲ESRF和美国NSLS-Ⅱ为代表。但是这种干涉拼接装置机械结构复杂，需要额外的平面辅助参考镜及其控制系统。并且，为了解析平面辅助参考镜条纹变化进而确定相对角度来测量反射镜，需要同时使用两台高精度干涉仪，成本高昂。

发明内容

为解决上述现有技术中的问题，本发明提供一种大尺寸X射线反射镜干涉拼接测量系统及方法，能够直接测量相对角度，获取反射镜的二维高精度面形，同时结构简单，成本低廉。

本发明提供的一种大尺寸X射线反射镜干涉拼接测量系统，包括一减振平台，所述减振平台上安装有第一基座、移动装置和第二基座，所述第一基座的上方固定有干涉仪，所述移动装置包括安装在位移导轨上的多自由度机械运动平台，所述多自由度机械运动平台上方固定有被测光学镜和光学反射镜，所述第二基座的上方固定有自准直仪，且所述干涉仪、所述多自由度机械运动平台和所述自准直仪均与一控制终端通信连接。

进一步地，所述干涉仪设置为将发射出的相干光垂直照射到所述被测光学镜的表面。

进一步地，所述多自由度机械运动平台为四自由度机械运动平台。