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本发明提供了一种高精度多段冷却式偏转镜，包括偏转镜主体，偏转镜主体上设有冷却块，其特征在于，冷却块由N个子冷却块组成，N≥3，每个子冷却块能够独立启动、关闭，通过启动不同数量的子冷却块，使得冷却块工作于不同冷却模式，以适应不同模式的超快光束脉冲。本发明提供的高精度多段冷却式偏转镜能够有效控制硬X射线自由电子激光中高精度光学元件面形，解决了硬X射线自由电子激光装置中偏转镜面形误差纳米级的关键技术，解决了单面偏转镜多种冷却模式多种超快光束模式的有效传输技术难题，实现了硬X射线自由电子激光装置项目中关键设备自主研发，确保了我国首套硬X射线大科学装置项目持续推进，缩小了与国外先进光源领域中技术差距。