一种反射镜系统的夹持和支撑结构

本发明涉及硬x射线自由电子激光，具体涉及一种反射镜系统的夹持和支撑结构。

背景技术：

1、硬x射线自由电子激光具有高亮度、高相干性、超短脉冲特点，很多科学领域内的科学家希望利用硬x射线展开更多的尖端科学实验。由于硬x射线自由电子激光的先进性，导致在进行硬x射线自由电子激光装置的建设过程中提出了很多具有挑战性的技术难题。

2、比如光束线的光学元件反射镜，必须采用水冷却方式来解决反射镜的高热负载问题，同时水冷结构也不允许对反射镜造成振动影响。由于硬x射线的波长基本上都小于3纳米，所以对反射镜光学表面的面形要求非常高，导致用来夹持和支撑反射镜的机械结构也不允许对反射镜的面形产生较大影响，影响许可范围基本上需要控制在1-2纳米范围内，所以对反射镜系统的夹持和支撑结构设计都提出了非常苛刻的技术挑战。

3、目前从理论上对硬x射线自由电子激光中的反射镜系统设计如图1所示，在反射镜上表面开冷却槽，冷却结构采用多段冷却片来应对多种模式的x射线传输要求。同时采用液态铟镓合金来实现冷却液与反射镜之间的振动隔离。但是如何对反射镜的夹持和支撑结构设计，以及如何对冷却片结构进行固定结构设计，在很大程度上会影响到反射镜的光学表面面形的质量和反射镜的稳定性。

4、鉴于硬x射线自由电子激光装置的重要性和硬x射线自由电子激光的先进性，光学元件反射镜系统的夹持和支撑在很大程度上也影响了其性能的先进性，所以如何实现有效的反射镜系统的夹持和支撑，并且同时不影响反射镜的光学表面面形，是目前硬x射线自由电子激光装置建设过程中急需解决的关键性技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是：通过对反射镜的夹持和支撑结构进行设计，对冷却片结构进行固定结构设计，保证反射镜的光学表面面形的质量和反射镜的稳定性。

2、为了实现上述发明目的，本发明的技术方案是提供了一种反射镜系统的夹持和支撑结构，应用于包括反射镜和冷却结构的反射镜系统，所述夹持和支撑结构包括：

3、第一锁紧螺栓、第二锁紧螺栓、高刚性支撑结构、固定平台、低应力夹持机构、安装平台、陶瓷支撑球以及固定螺栓；

4、第一锁紧螺栓将冷却结构固定于高刚性支撑结构，第二锁紧螺栓将高刚性支撑结构固定于固定平台；

5、将低应力夹持机构通过固定螺栓锁紧至安装平台，安装平台设有陶瓷支撑球，反射镜左侧和右侧分别安装陶瓷支撑球，低应力夹持机构通过陶瓷支撑球限定的位置夹持反射镜；

6、低应力夹持机构包括推进旋钮、夹持头、低劲度弹簧以及高劲度弹簧；推进旋钮能够推进夹持头，用于夹持头在水平方向上夹住反射镜；利用低劲度弹簧和高劲度弹簧之间的劲度系数差提供夹持力。

7、优选地，所述低应力夹持机构在长度方向的夹持位置为距离反射镜两端端面0.22l的位置，以及反射镜端面的中心位置，l为反射镜的长度。

8、优选地，所述劲度系数差为0.25n/mm。

9、优选地，所述推进旋钮在向反射镜推进4mm时，对反射镜夹持力为1n。

10、优选地，在反射镜左侧设有两个所述陶瓷支撑球，安装位置距离反射镜侧边边缘位置10mm，距离反射镜的左端面为0.22l。

11、优选地，在反射镜右侧设有一个所述陶瓷支撑球，安装位置为反射镜厚度方向的中心位置，距离反射镜的右端面为0.22l。

12、本发明提出一种反射镜系统的夹持和支撑结构，通过对冷却机构的夹持和振动隔绝设计，最大限度得提高反射镜的稳定性。同时，在水平方向采用6个低应力夹持机构确保反射镜在水平方向上的稳定性和低应力夹持，再利用3颗陶瓷支撑球来实现重力变形在垂直方向的最小化，从而在解决了反射镜系统的高稳定性夹持和支撑的同时，也实现了反射镜的高稳定性和低应力夹持，以及重力变形最小化。高稳定性结构设计和低应力夹持以及支撑机构设计，使得反射镜系统的性能得以较大程度的提升，从而进一步提升了硬x射线自由电子激光装置的整体性能的同时，对硬x射线自由电子激光在更多学科领域内的应用具有非常积极和重要的意义。

技术特征：

1.一种反射镜系统的夹持和支撑结构，其特征在于，应用于包括反射镜和冷却结构的反射镜系统，所述夹持和支撑结构包括：

2.如权利要求1所述的一种反射镜系统的夹持和支撑结构，其特征在于，所述低应力夹持机构在长度方向的夹持位置为距离反射镜两端端面0.22l的位置，以及反射镜端面的中心位置，l为反射镜的长度。

3.如权利要求1所述的一种反射镜系统的夹持和支撑结构，其特征在于，所述劲度系数差为0.25n/mm。

4.如权利要求3所述的一种反射镜系统的夹持和支撑结构，其特征在于，所述推进旋钮在向反射镜推进4mm时，对反射镜夹持力为1n。

5.如权利要求2所述的一种反射镜系统的夹持和支撑结构，其特征在于，在反射镜左侧设有两个所述陶瓷支撑球，安装位置距离反射镜侧边边缘位置10mm，距离反射镜的左端面为0.22l。

6.如权利要求5所述的一种反射镜系统的夹持和支撑结构，其特征在于，在反射镜右侧设有一个所述陶瓷支撑球，安装位置为反射镜厚度方向的中心位置，距离反射镜的右端面为0.22l。

技术总结本发明提出一种反射镜系统的夹持和支撑结构，通过对冷却机构的夹持和振动隔绝设计，最大限度得提高反射镜的稳定性。同时，在水平方向采用6个低应力夹持机构确保反射镜在水平方向上的稳定性和低应力夹持，再利用3颗陶瓷支撑球来实现重力变形在垂直方向的最小化，从而在解决了反射镜系统的高稳定性夹持和支撑的同时，也实现了反射镜的高稳定性和低应力夹持，以及重力变形最小化。高稳定性结构设计和低应力夹持以及支撑机构设计，使得反射镜系统的性能得以较大程度的提升，从而进一步提升了硬X射线自由电子激光装置的整体性能的同时，对硬X射线自由电子激光在更多学科领域内的应用具有非常积极和重要的意义。技术研发人员：王震,刘芳,刘志受保护的技术使用者：上海科技大学技术研发日：技术公布日：2024/6/2