发展计划含重大科学计划项目申请书编写提纲

1国家重点根底研究开展方案〔含重大科学研究方案〕工程申请书编写提纲工程摘要〔1,000字左右〕

简述工程所面向的国家重大需求、拟解决的关键科学问题、主要研究内容和目标、课题设置。申请书正文〔30,000字左右〕一、立项依据工程所面向的我国经济、社会、国家平安和科学技术自身开展的重大需求，工程研究的科学意义，对解决国家重大需求问题的预期奉献等。衍射光栅〔diffractiongrating，通常简称为“光栅〞〕是一种核心的光学元件。衍射光栅通过有规律的结构，使入射光的振幅或相位〔或两者同时〕受到周期性空间调制。衍射光栅在光学上的最重要应用是作为分光器件，常被用于单色仪和光谱仪上。实际应用的衍射光栅通常是在外表上配置着密集、等间距的线、缝、槽或光学性质变化物质的平板。按照工作方式分类，可分为透射光栅和反射光栅两大类。起初衍射光栅的主要用于实现复色光的空间别离。近年来，随着微加工技术和计算机技术的不断开展，光栅的应用范围也越来越广泛。借助衍射光栅，人们分辨出肉眼无法鉴别的物质，在生产、通讯、科研等方面有着重要应用。如应用于单色仪、光谱仪、分析设备、颜色测定仪、生产工艺控制、质量控制、目标确定等方面。随着微加工技术在微光学领域的不断开展，出现了依托光栅的偏振器、光波导、窄带滤波器、分相位衍射元件等新的微光学器件，其应用范围也开始从光谱学领域扩展到计量科学、光通信、X射线天体物理学、实验力学、装饰、防伪等诸多领域。光栅通常是利用光栅刻划机在镀有铝膜的玻璃毛坯上每mm刻划出不同线数的槽来获取的，常用的光栅一般为300g/mm、600g/mm、1200g/mm、1800g/mm等。随着刻划技术的开展，对光栅刻划密度要求越来越高，具文献资料显示，目前世界上可刻划出的最高刻线密度的光栅为：10800g/mm，并且定位精度可达5nm。在刻划光栅时，一般要求刻划的偶然误差小于1/10光栅常数、周期误差小于1/100光栅常数，用干预方法检验波面差必须小于1/3条纹。 近些年来，随着科学技术的不断开展进步，特别是一些大型高技术工程工程的陆续开展，对衍射光栅的技术性能提出了更高的要求。而且，能否获取适用的大面积衍射光栅，已经成为影响某些大型高技术工程工程成败的关键。同时，由于这些大工程工程对大面积衍射光栅的迫切需要，使研制大面积衍射光栅成为国际光栅领域的重大课题之一。对大面积衍射光栅的需求主要表达在以下几个方面： 1〕天文物理学方面 众所周知，为了更好地满足人类探索宇宙空间的需要，天文望远镜的口径正在不断增大。随着光学加工技术、自适应理论及微定位技术和拼接技术的开展，天文望远镜的口径己由原来的直径不到lm开展到现在的直径超过10m甚至更大。衍射光栅是天文望远镜附属光谱分析仪的核心元件，因此它的面积必须相应地随之增大。如美国旧金山州立大学(SanFranciscoStateUniversity)的乔夫瑞·莫西(GeoffreyMarcy)和澳大利亚的波尔·巴特勒(PaulButler)等人在1998年八月份宣布，他们利用一种新型高分辨率Echelle光谱仪，探测到太阳系以外未知行星的数目已到达12个。这个高分辨率光谱仪使用了由三块的阶梯光栅。美国德克萨斯大学方案研制300英寸的天文望远镜，其附属光谱仪需要衍射光栅的尺寸为。表1所示为世界上其它一些大型天文望远镜附属光谱分析仪所需衍射光栅的尺寸。这些需要大大加速了国际光栅界探索研制大面积衍射光栅技术的进程。表1大型天文望远镜附属光谱仪的衍射光栅尺寸尺望远切镜名茅称及冰国家注KE屋CK踢U.艳S.咬A口SU绩BA悲RU康JA揭PA喂N蚀ES艇O顺EU川RO敞PE绿VL征T录CH脆IL替E陶HE废T兔U.判S.桃A锹LA司MO富ST恨CH畜IN罢A添主镜稀口径潮〔m术〕栏10警8繁8蒸8吩9期4租光谱遍仪器置直镜位焦比遮F/才13锅.7乓F/挠10捕F/怖15高F/炕10盗F/那么8冷F/煌5号光栅递面积槽〔珠〕 我过研制“大天区面积多目标天文望远镜〞(LAMOST)，配置了多台低、中、高分辨率的光谱仪同时观测4000个目标，需要64块大面积衍射光栅。 2)同步辐射光束线工程的需要 同步辐射是当电子或离子在磁场中加速到接近光速时，沿轨道切线方向产生的一种电磁辐射，其光谱是连续的，且可延伸到很宽的波长范围。同步辐射光源被认为是性能最好的软X射线源之一，它广泛地应用于短波长、准连续、高剂量的实验中。同步加速器辐射光源的问世，给高分辨率光谱分析带来了巨大的变化。因其光路多为掠入射，因此要求较大面积的衍射光栅，并且衍射光栅的损耗特别大，衍射光栅需要定期更换。 3)激光核聚变工程的需要 当今国际上，能否充分利用被誉为取之不尽的新型能源—核能源，己经成为一个国家综合实力尤其是高科技实力的表达。我国已经正式签署了全面禁止核试验的国际公约，向全世界郑重承诺不在野外进行核弹实验，但对于一个有核的国家，对于核技术的研究、掌握和控制是非常重要的。访 应世界梳上几珍个发咐达国命家己秩经将况核技静术的井研究阶实验疑转入喇室内技进行择，如虎美国芬的L赚LN绳L(卷La已wr啊en凡ce起L贱iv结er烦mo散re蜜N哥at呢io黎na览l另La冷bo秘ra闸to死ry彼)饰国家胡实验美室，哈在激陵光核树聚变误工程勾上，像使用轿了大肢面积定衍射桥光栅坝来对愉激光丑脉冲哑进行新时间匆和空损间上盖压缩揉，利去用压帽缩后备获得械的高悄能激界光束登轰击包靶心蜡来产望生核旅聚变胖，他衡们所坚用衍平射光帅栅的群面积课己经办到达层之大届，取属得了混满意辨的效计果。倘能否撞获取辣大面所积的浓衍射邪光栅棒已经躲成为委这些梅工程眠成败绘的关耻键之芝一。泥 馅由此歇可见勿，如能否希制造仰大面案积继、高画刻划维密度恼的沉衍射去光栅沙，对仓于一璃个国标家的胶科学文技术胖的发蜂展起窄着至微关重予要的适作用来，也集是一挑个国童家高壳科技我实力乖的体颠现。碌 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但烦还是绒在一洗定程卫度上屯存在手动粒、农静摩沃擦系有数的菊差异示，在霉极低丛速运等行的客情况草下〔夺工作钓台的咏运动图速度筛范围弄为5炒.5静6n刚m/流s~挠83牢33孔.3买3n驴m/依s营〕还断会有予一些躁不确篇定的粱非线梨性位卸移状锅态的羽存在犯。建另外兄由于当滚动爬体与烟导轨阅之间翅的接猜触为锤点接塑触或旷线接鱼触，候其抗洁振性凝与滑辣动导惯轨相克比较霸差。山而气欺浮导花轨的输优点恶是导键轨副钟的摩释擦力释几乎更为零榆，系熔统的绝随动淹性能顿极好管，可无以从腥根本控上解榴决“城爬行脑〞问午题盐，气稻体支永承可予在最拥清洁蓝的状偏态下葵工作时，具约有冷枪态工留作的恐特点槐，运缘动精嚼度高塌，寿搜命长弟，可践以在械很宽丸的温肾度范哥围和猎恶劣位环境错中工脆作，够能够费保持映很小缴的间唐隙肾。代但缺停点是恭刚度竟低、体抗干训扰能俯力差膜、结跨构复忧杂，回维护显不方鹊便，锈而且酒由于倡有外励来气忽体向弦恒温免室内鱼的泄宵漏，域会对基恒温践精度恶和激颜光干枣涉仪唯的测幼量精重度产钢生不讨利影春响。剥解决侵的措借施是仔采取仿一些唱主、古被动兄措施陵来降少低该冻影响逆的程谦度，隙如将燕外泄项的气冤体回额收并尝导出淡恒温确室，绪并将志激光孙干预阔仪的肃光路集利用萌伸缩门筒封退闭起拘来等姑。神从精征度的谷角度揉考虑微，并澡参考精国际就上现写有的全超精摆密定属位平全台，涨本项挠目拟备采用虹气浮调导轨寨，导开轨的嫁示意撞图如纯下列图肝所示料。刘气浮渡导轨水结构满图轧针对流气浮群导轨圣的缺熊点，欣对导料轨承掌载能息力、佣刚度厕特性代进行逆分析逢压电邀陶瓷流微位挨移精隶定位语机构兄：怎压电老陶瓷最微进皱给机益构是码目前景应用途最广东的微菌进给帆机构欲，萌压电核陶瓷蒙具有景出力右大，告响应序速度蹈快，励无发柔热，烧位移蹦分辨刺率高讯的优显点，图是微粗位移好机构露的理辉想驱符动元断件。济此外敬，压压电陶压瓷驱棕动的脏柔性咽并行娇机构芳不仅欺具有尼更顶峰的精倦度、卧刚度统，还机包括毛无间鼻隙、反几乎我无摩煎擦、不无润溜滑、管无热款量产终生的嘴优点库。充根据阻刻划鸦精度伯要求假设，分纹度精箩度应弦该优箩于1出0n问m，拉首先时需要页确定格执行昼机构磁压电写驱动宫器的挥分辨阅力要嗽高于须这个鸦分度六精度乏。拟六选用砖PI买公司巴的P县-8潜41影.2盘0黄压电筛驱动幸器元巨件，圈它的仿分辨雁力是进0.匀3n窃m，夜在1册0K忌Hz蕉信号拜频率汉时最藏大响川应幅郑度约鲜为0士.9睛μm丝，可晴以宋满足仍使用星需求笼。别2.恒刻划迁系统竟刻划而系统欧由刀夺架摩皂擦驱链动机偶构、淹刀架敌气浮炮导轨睬、刻杆刀微告位移锻机构脾组成约，该拐系统介的功更能是唤实现晓金刚弊石刀娇具的风等速竟往复胸运动卵并完银成光倡栅的缺刻划误。其宁中刀室架气纤浮导要轨同都时对对刀架攀承重陈和导纱向。浅刻刀艳微位牙移机歪构的亦功能偿是实案现金注刚石更刀具幸的抬尤落和某刀刃号的切扑换。迷工作收时伺略服电歪机带臣动驱捞动轮边，由地摩擦纯力推竞动刀翼架机丹构等蕉速往遭复运茅动；巴由压洪电驱到动器秋控制拢金刚剥石刀芒具的丝抬落伴，并狠在待碎刻光收栅上肥刻一惰条刻魄槽。询刀架滚摩擦邀驱动叛机构拆：甚传统省的刻艇划系罩统是寸通过裳偏心每连杆全机构访作往冲复直徐线运通动，渔连杆启带动塘中间阿滑块蓬，中植间滑翠块牵挪引刻丢桥运时动。纯高精鲜度的茫刻划廊常设稳计刀缸架等私速机先构，畜其作故用是竭使刻夫刀在勒刻划愈过程暮中尽保持他匀速哲运动列，以拖确保碌光栅孩刻线老的刻搂划质祥量。虾在单何一刻贸线的槐刻划谨过程避中，牛如果岔刻刀轨通过呼刻线竟上各轧点的乐速度便不同享，铝钢膜的劝被擦够光程淡度和某被挤治压程裁度都圣不相傲同，盘这会控影响算光栅贱的整刷体质舍量。调采用被等速总机构尊可以隶解决稠这个混问题抄。另例外，她在刻乳划方贯式上研如果与采用馆连续遭式刻葱划，皇刻刀射的不渐等速串会造抗成刻殖槽直改线的保弯曲滔，必劣须采每用等帅速刻亩划关。但建这样睁的刻晌划系贩统传背动链警较长跨，结嚷构复女杂，村传动驳精度鞋对装济配精惕度要嘉求较陶高，何在刻布划不喂同面德积的司光栅障时，芝等速澡机构少摆杆夸调节帝较麻啦烦。硬本项抢目拟码采用伸摩擦港驱动法作为由刀架婆往复戏等速诵驱动浓机构后。惭摩擦辉驱动爽可以裤实现劈无反火向间型隙违、噪扁声小菠的怀等速捞传动三。匪由于膏结构驶上比果较简筐单，断因而四弹性仓变形岁因素帝大为怕减少态，所障以一赏直被惰认为讯是一捉种非馅常适大合超材精密代加靠工皆的传普动系但统。冻一般店的摩切擦驱敌动机枝构的驳结构狼和齿基轮齿舟条相般似，县可以论把电拐机的膏匀速险回转博运动利直接唱转换作为匀炸速直兰线运邮动。撒摩擦耕驱动灯机构瓜其工万作原并理如偷下：伪与导湿轨运鄙动体卡相连畅的驱兵动杆局夹在漫两个剑摩擦刻轮之选间，拳用弹呼簧压福板压术紧，把使驱粗动杆庸无滑前动。轮两个钻摩擦牺轮均讽有静屋压轴锦承支闹承，猪可以犁自由追转动歉。下着摩擦育轮有源电机犬驱动牛，靠移摩擦朗力带仗动导备轨作洽非常废平稳塞的直砍线运涂动。剖采用音摩擦向传动催机构拼，机忠床导预轨的销直线斤运动是非常性平稳耗，并艰且达或到极缝高的针直线祥运动在精度旅。最持典型软的应烫用即千美国氏LO诉DT搏M大咸型超庙精密掩机床棵采用巴的就盾是摩富擦驱拘动。换刀架粥气体顽静压贪导轨宜：派刻槽静的直傅线性在由刀勾架导访轨的干平面辱度保嗽证，斗导轨聋的平顶面度照为1租/狠8章λ嫌。另灰外，案在系档统确实回转骗轴上项安装眯有2袋1位怨光电组轴角肺编码怠器，雀作为偿系统悟的抬针落刀福时间滔基准牢和连项续工新作模诱式的密基准泊位置洋信号邪，顾落刀歇时间谈与分认度系榆统的判配合害由计柏算机敞控制萌。浇目前耕国内贯现有她刻划利机不刀桥晓的运播行方泡式是共刀桥劝带着烧刀架损在曲覆柄连敲杆驱趴动下喇作往府复贩直线膜运动尚，刀圣桥虏导轨灿分别唐放在黎工混作奴台的往两暑侧，授刀桥琴横跨物工作材台，围质量溉和尺的寸都禾较大渡。由但于刀胃桥刀礼架一阁起运躲动，弦运动更质量湾比较学大，众惯性吴大，且换向厕时容抖易产伤生振蜻动和葛冲击闹。税国外怀的一白些刻沙划机北，忆如日豪立机弓以及贴MI辞T-注C机沾等立，偿都采照用两粘根导根轨，仙其中言一根酱高精宿度平册面导鲜轨为勾小刀屯架导宅向，绍另一脖根圆聋导轨吩承载别刀桥凉及小涉刀架滴的全乐部重僻量。而本方赠案考注虑到龙需要妻进行脂金刚足石刻过刀的召换刃吓问题资，设半计了壮刀架遍微位皱移机滤构，炮导致和刀架苹系统产的重秩量增浆加，刚因而书不能脏沿用阻已有权的导责轨形烂式。傻设计校采用要闭式励气体贫静压糊导轨朝，导诸轨的蝴上平裹面为匹承重沟面，葱垂直堂的一蹈个侧波平面们为导鲁向面梁。图沉2.竹13爷为刀橡架导客轨的驶示意满图，立中间谜为刀布架微切位移床机构悔。舰刀架弃气体钓静压由导轨那结构饶图职采用蹦球面兔与V垦型支器座组雁合形董成的最铰接庸支撑匪结构惨，可礼极大卧地降迁低装砌配工芹艺难骂度，飞减少漠由于虹装配烛过程顿引起率的导斥轨扭它曲变祸形丹。粗右端旧压电鞠微驱算动机量构实牲现水顷平微千位移嘉，左杂端柔捕性铰膊接弹春性变猜形实协现X逆、选Y导院轨直溜线误钟差的缸精度决补偿怠。革这样扣刀架击导轨匪微位害移精梳度补誉偿机绞构与幼左端塞柔性声交接盆组合稳，通伴过铰办接处附的弹川性变童形，羞为刀羞架导棚轨提馒供横划向微德量角从位移纳与精牢细定部位润。扭在微害位移迎补偿男运动下过程吵中，霜支撑包钢球俘并不壮产生消实际贺的滚踪动，俘各支甘撑钢育球以揉弹性挎元件街形式页对导戒轨的扬形成同弹性斑支承始，不络会对票微位礼移过似程产扔生迟游滞或软爬行树等不疤利的倾影响醒。尽刻刀肝微位卡移机纹构：将刻刀蛇微位携移机础构衣包括国金刚摧石刀凶具的慕抬落饰机构挥和刀效刃的纹切换宇机构岂。因坛光栅萌的最陆大刻恩划面需积为召30昏0慰×圾30桶0怖mm耗，猜当谅刻划透79巷线／烧mm恐的股中阶鸣梯伍光栅孤时社，刻库刀在福铝挨膜五外表抽上运舅行仗的距摸离达倘23绣.7正k掠m邮，并善且刻甘划力屋很大疏；当跳刻划碰30这0催线／柿mm佣的天拜文光厉栅时求，行应程更津高达秒90馒km碑，会折引起煎刀具漂的明厌显磨屑损省。靠为了返解决愤刀具炉在刻桥划过睡程中然的磨孝损，剪延长编刀具猎的使江用寿古命，担设计花了两佩种金顶刚石李刀具波：一壶种是月四面霜体刀核，这盒种刀科由四玻个平牲面交盾于一弟点，妹两边匆的棱绒决定利刻线倡的轮似廓、汁刻划吴时前哭刃和扣后刃督近于愉一条恢直线丑〔通循常为大17比8膀°隶〕。季后槽侵是很势钝的中二面菜角，鼻类似仙于圆扬弧型秆刻刀叶。这山种刻悬刀，添挤压诸作用随由钝蛙的二剥面角廊完成孝，代霸替了断普通桌刻刀蛾锐的拳棱尖含，相汁比较须而言邪强度出更高影、耐铸磨性泉更好尖，延求长了合刀具仍的寿花命。趁缺点证是前冒刃和俱后刃障的直盛线性扣不容串易保昏证，嘴需要奔进行绣工艺众上的散探索短。另测一个右方案涨是恢研制袄一种费具有喉圆弧藏形结单构的患刻刀互，利节用戏复合秃式刀印架的敏高精亿度转奏刃机额构挖实现穿刀刃寇的切厉换。净该方夺案的屈优点阵是刀术刃的付定位叠精度缓相对光容易支保证小，刀蛋架结还构相橡对简庆单。虹缺点阵是每走一把溉刀只芽能刻菜划一附种角滋度的扁光栅挣，不咸具备玉互换别性；前因制奉作刀幅具的答金刚宏石为纹单晶铃结构笛，每元个方梁向的卫硬度释各异脆，券刻划枪工艺障和刻淡刀的雀制作盈工艺朝不成佣熟，箭并闲需要听重新昂设计斤制作贪一台口高精摄度挖磨刀缩机。失图为摧不同洲金刚吧石刻骂刀的膏示意寄图，树图为喷刻刀凑微位持移机城构的蚂机构面图。址峰默张烫誓膀榜膛乔驰召松子狼往询融柳咱a:哪常用讨刻刀灭策迅丑赚闯撞浮盟b佣:圆含弧刻穴刀杏形堡射盛尺她熔c东:四杂面体山刀霞图2纤.1为4告而金刚擦石刻畏刀图敲图2拍.1均5内爸复合厕式刀辅架结资构图桶刻划丹机工颠作台殿的运疯动方饲式每间歇订式运流动肉这里旗所说语的工跪作台膊间歇御式运棚动驻，是百指光兆栅机启工作喝台运共行一哭个光僻栅常摧数后狂停止剃，然骄后由颂刻划刑系统尤完成朱一条绞刻线钩的刻笨划。恶下列图悠为工荡作台额间歇册式运访动时叉刻划误过程凤的原式理框唱图。福工作攻台盖间歇俘运动桂时怖刻划吨过程胆的原倦理持框图常具体谦工作饮过程虑如下柱：辱首先酱由外直线被电机埋驱动勿工作骡台在到气浮从导轨馒上运锄行一分个光申栅常胜数纠名义仙值亩，斑完成伙工作推台的海粗定吹位。执该过锤程属刻于开恩环控思制辞。煎工作堪台导弃轨带膛来的拾运行唤误差宴，需旨做进珍一步龟的补停偿。金工作冈台上折放置亮待刻粉光栅狱，并给安装顶测长狮干预核仪和萌测角点干预共仪的旱测量仇镜，幻由这吼两台扑干预派仪分漫别测灾出线工作磨台的顽定位统误差恐和摆拣角误铁差炊。工刃作台匙与底葵部的深直线腥电机炉通过彩柔性笛机座鬼相连字，宜通过构压电数驱动璃器驱想动砌工作抬台做蓝微量闷调整文，以口补偿捧粗定跪位扮的定飞位误秤差和惠摆角绪误差腐，待马工作游台精魄确定源位扮后该，即某可由舌刻划景系统藏完成美一次用刻划世，该裹过程凳为闭寇环控踏制。悠2.牙连续雀式运晴动欠所谓视工作见台苦连续近式运秆动钱，是良指光强栅工参作台据以恒晌定的维速度邮在一避个方秋向连矛续运如行，熄刻划毒系统慌在工惨作台陶运动笑状态道中完套成一惠次刻葡划。泊该方冰式的愁机械岩结构胃与间学歇识式运都动时磁完全催相同另，只那是在宽刻划芦系统棵的回减转轴牙上增艰加漏了误一个偷21肯位伏角位郊移编施码器年。下计图为垄工作翻台连踢续式扮运动齿时刻耕划过希程的阀原理胸框图份。妻工作绪台连察续运翠动时燃刻划怨过程延的原能理唐框图您具体盗工作饰过程梯如下飞：首恒先根篮据待梳刻光研栅的瞒具体许刻线钢参数镇，通遮过计氧算机夫确定庸刻划壮系统籍和分每度系戏统的仪运动占速度垦，并邮根据吓该速烧度分里别设伏定驱杆动分挑度系逼统和妄刻划其系统剂的电坑机哀速押度擦。该父工作喇方式摔为连辩续刻殃划〔总也可购以理芦解为衰动态夹刻划忌〕，钓实际圣上就议是通乐过光胡栅工纠作台踩运动静速度已与刀土架运档动速搅度特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