K-B镜面形高精度检测技术研究进展 
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Research progress of high-precision surface metrology of a K-B mirror
1 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
2 中国科学院大学，北京 100049
图 & 表
图 1. (a)经典一维K-B镜和(b)具有二维弯曲的K-B镜
Fig. 1. (a) Typical K-B mirror and (b) K-B mirror with two-dimensional bending
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图 2. LTP光学系统原理图
Fig. 2. Principle diagram of LTP optical system
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图 3. NOM原理图[16]
Fig. 3. Principle diagram of NOM system[16]
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图 4. 拼接原理图
Fig. 4. The principle of stitching
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图 5. 曲率变化剧烈的柱面镜的干涉条纹图
Fig. 5. Interference fringe pattern of cylindrical mirror with sharp curvature change
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图 6. LTP/NOM发展历程[16, 21, 23, 25, 27, 28]
Fig. 6. The development of LTP/NOM[16, 21, 23, 25, 27, 28]
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图 7. (a) ESRF中的拼接干涉仪及其(b)测量过程[40]
Fig. 7. (a) Fizeau stitching interferometer at ESRF and its (b) measurement process[40]
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图 8. SPring-8中的MSI原理图[43]
Fig. 8. Diagram of microstitching interferometry at SPring-8[43]
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图 9. ESRF中的MSI装置[46]
Fig. 9. Microstitching interferometry at ESRF[46]
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图 10. SOLEIL中Michelson型显微拼接干涉仪[47]
Fig. 10. Michelson stitching interferometry at SOLEIL[47]
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图 11. (a) RADSI装置图及其 (b) 测量过程[48]
Fig. 11. (a) Scheme of RADSI system and (b) its measurement process[48]
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图 13. 2D-TSI装置原理图[57]
Fig. 13. The scheme of 2D-TSI device[57]
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图 14. 先进光源硬X射线聚焦尺寸演变
Fig. 14. The trend of hard X-ray focusing size
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图 15. K-B镜面形精度趋势[36]
Fig. 15. The trend of K-B mirror shape accuracy [36]
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图 16. K-B镜面形检测技术发展过程图
Fig. 16. Development of K-B mirror surface metrology
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表 1LTP/NOM技术典型参数
Table1. Specifications of LTP/NOM
| 类型 | LTP | NOM | | 工作距离/mm | 100~1100 | 300~1300 | | 斜率/mrad | ±5 | ±5 | | 扫描速率/(mm·s−1)
| 5~10 | 2~4 | | 精度(RMS)/nrad | 平面: ~50
曲面: ~250
| 平面: ~50
曲面: ~500
| | 空间分辨率/mm | ~1 | 2.5~5 |
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表 2国内外典型LTP/NOM技术参数
Table2. Technical specifications of typical LTP/NOM technologies at home and abroad
| 类型 | 机构/装置 | 设备 | 时间 | 测量范围 | 性能 | 备注 | | LTP | 日本JASRI/SPring-8 | Laser-LTP | 2014 | 3.6 mrad | 0.2 μrad
重复精度60 nrad
| 激光校准测头误差
分辨率30 nrad
| | LTP | 2016 | ~1 m | 5 nm | 新型斜率传感器;
空间分辨率<1 mm
| | 美国LBNLALS | LTP-II+ | 2014 | 1 m
±2.5 mrad
| 平面：<80 rad rms
曲面(>15 m): 250 nrad rms
| 校正K-B位置误差 | | 中国台湾NSRRC | NLTP | 2013 | 1.2 m | 测量重复精度50 nrad | 定位基准为衍射暗线；
光束定位精度高
| | 中国SSRF上海光源 | LTP | 2016 | 1 m | 平面：<50 nrad
曲面(>38 m): 0.27μrad
| 支持快速测量 | | 中国IHEP高能所 | FSP | 2019 | 1 m | 平面:25 nrad rms
曲面(3 mrad): 32 nrad rms
| 空间分辨率优于1 mm | | NOM | 巴西LNLS | NOM | 2017 | 1.5 m | 平面：50 nrad rms | 横向分辨率大 | | 德国BESSY-II | Diamond-NOM | 2014 | 1.5 m
±5 mrad
| 平面：50 nrad rms
曲面：200 nrad rms (±24μrad)
500 nrad rms (±5 mrad)
| 曲率测量范围大 | | 美国BNL | DLTP | 2014 | 1 m
±4.6 mrad
| 平面：60 nrad rms
曲面(>15 m): 200 nrad rms
| 曲面测量受限 | | OSMS | 2017 | 1.2 m | 平面：<50 nrad rms
曲面(>60 m): 100 nrad rms
| 实现二维测量 | | 日本JASRI/SPring-8 | AC-NOM | 2014 | 9.7 mrad | ±1.2μrad ±0.24μrad (48μrad)
重复精度100 nrad rms
| 校准扫描俯仰误差; 扫描速度慢分辨率24.2 nrad | | 中国SSRF上海光源 | NOM | 2015 | 1100 mm
±5 mrad
| 0.08μrad rms (±50μrad)
0.25μrad rms (±5 mrad)
| 空间采样频率在1~10 mm
重复精度50 nrad rms
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表 4国内外典型拼接干涉仪技术参数
Table4. Technical parameters of typical stitching interferometer at home and abroad
| 机构/装置 | 设备 | 时间 | 技术性能 | 备注 | | 欧洲ERSF | Fizeau-SI | 2019 | 平面镜：优于0.30 nm rms
椭面镜：优于0.30 μrad rms
球面镜：优于0.25 μrad rms
| 主镜法校正参考误差需弥补球面低频信息空间分辨率: 80 μm | | MSI | 2019 | 平面: 0.2 nm rms
横向分辨率: (2.5倍) 16 μm; (1倍) 40 μm
| 适合于平面或强弯短镜；
存在拼接伪影
| | 美国BNL | MSI | 2017 | 残余斜率偏差: 2 μrad rms | 采用曲率拼接技术 | | ASI-AMS | 2018 | 平面：重复精度0.5 nm rms
椭球面：重复精度2 nm rms
| 可以减小回程误差; 子孔径重叠
面积小，测量速度快
| | 日本大阪大学 | MSI-RADSI | 2016 | 面型高度误差：3 nm rms
重复精度:0.51 nm rms
| 可测极端曲率面形以及椭面镜；
测量范围有限
| | 法国SOLEIL | Mich-SI | 2019 | 重复精度:0.2 nm rms | 可测20 mm−1频段面形信息
| | 复旦大学 | RADSI | 2017 | 平面镜：重复精度0.5 nm rms
球面镜：曲率偏差为2.3%
| 验证了RADSI球面测量能力 | | 国防科技大学 | DST | 2018 | 测量PV值8 nm；
重复精度达到1.5 nm rms
| 一维测量;双扫描间隔; 减小回程
误差及参考误差
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张帅, 侯溪. K-B镜面形高精度检测技术研究进展[J]. 中国光学, 2020, 13(4): 660. Shuai ZHANG, Xi HOU. Research progress of high-precision surface metrology of a K-B mirror[J]. Chinese Optics, 2020, 13(4): 660.
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