同步辐射应用概论光源和光束线2.ppt

BSRF-4B9B 标准的罗兰圆型光栅单色器结构，可以在10-1000eV能区获得1000量级的能量分辨能力。更新的设计，如必威体育精装版的第三代光源上设计的束线可以达到10000分辨能力。 光束线设计的原则 所需的光子能量范围 EUV—光栅，软X光—光栅/大晶格晶体，X光—Si晶体，高能X射线—Laue型晶体 所需的光子能量分辨能力 晶体/多层膜的选择，多块晶体，准直境的使用 是否需要连续调节光子能量 双晶/弯晶的选择 通量的要求 接收度增加，如Sagittal DCM 空间位置 弯晶、反射镜的使用 聚焦尺寸要求 K-B，波带片或者更好的聚焦元件 空间位置的限制、经费的限制 同步辐射的应用范围 凡是可以使用电磁波的实验原则上都可以在同步辐射上实现。 一般使用得最多的是X射线，其它的如超硬X射线、EUV、红外等波段也有使用。 由于同步辐射优异的性能，这些波段的实验都能够获得额外的好处，有很多实验是实验室常规光源无法胜任的。 同步辐射应用概论光源和光束线（2） 董宇辉 BSRF，IHEP，CAS 光束线部分 同步辐射束线 同步辐射的应用简介 同步辐射光束线 根据后续实验站所需的光子能量，大致可以分成： 硬X射线光束线（光子能量6-30keV） 超硬X射线（光子能量可以高达150keV） 软X射线光束线 真空紫外光束线 组成部件（光学元件） 大致可以分成4类： 分光：晶体、多层膜、光栅 限光：狭缝、光阑 聚焦（散焦）：各种镜子、波带片、复合折射透镜 位置探测：束流位置探测器（BPM） 不同的实验需求和光源条件决定了不同的束线布局，也决定了使用何种光学元件。 有时候一个光学元件可能身兼多职。 晶体 分光晶体：Si单晶、a-石英、LiF等等等等。 关键：高质量、稳定、大块、便宜、易加工、高热导率 不同晶体，以及不同的晶面适用于不同的波长（能量）。 例如：Si(111)适用的波长范围为0.547–5.98?，KHP(100)（Potassium hydrogen phthalate）晶体适用范围2.32–25.41?。 为了提高能量分辨率，热效应的消除非常重要。 冷却方式：间接冷却、直接冷却，水冷、液氮冷却 为了保证出射光的方向稳定，双晶单色器的使用非常广泛。 有些时候分光晶体还要承担聚焦的任务。 弯晶、Sagittal晶体 双平晶单色器：主流的X射线波段单色器 弯晶 弯晶单色器：可以兼顾单色和聚焦，但是波长不能改变。 Sagittal聚焦（弧矢聚焦）单色器：可以保证较大的接收角以获得高的X光强度，而且能够连续变化波长（虽然比较困难）。但是Sagittal晶体的加工和压弯是一个难题。 热负载是个大问题 美国式的解决方案：“hockey puck” silicon crystal 欧洲的解决方案：厚晶体直接液氮冷却 高能X射线单色器 使用反射式（Bragg型）的构架，只能实现30keV以下能量光子的单色化，高能X射线只能采用透射方式单色化，即Laue型的单色器。 超高分辨率单色器 多层膜 用于能量分辨率不要求太高，但是对通量有很高要求的情形。 由多层的高Z（Mo，W等）和低Z（C，Be，Si等）材料交替排列的薄膜形成。 适用波段：soft x-rays and extreme ultraviolet (EUV) 特点：high reflectivity and moderate energy bandwidth (10 E/DE 100) 光栅 真空紫外，或者某些软X射线束线使用。 可以获得很高的能量分辨能力。 罗兰圆 在凹球面反射镜面上刻划一系列等间距的平行线条构成的反射光栅，它具有分光能力和聚光能力。罗兰发现，若将线光源P1和凹面光栅放置在直径等于凹面光栅曲率半径的圆周上，且该圆与光栅中点O相切，则由凹面光栅形成的光谱P2落在这个圆周上，该圆称为罗兰圆。 狭缝和光阑 一般要求比较精密的情况下使用狭缝。 光阑属于“档枪眼”的角色，限制后续光学元件上的热负载。 类似作用的还有吸收膜：C膜（金刚石膜），吸收低能的辐射功率。 光束线的上游部分一般也称为“前端区”（front area），主要由光阑、吸收部件和BPM组成。前端区也起着保护束线的作用。 前端区的例子：SSRF 镜子 很常用的光学元件，一般使用掠入射、全反射镜。 为了达到聚焦（散焦）的目的，往往需要有一定的面型，而且需要利用压弯来控制面型。 面型误差的控制、热负载的控制。 平面镜，柱面镜，Torridal镜，K-B 新一代光源上镜子的质量成为瓶颈 RMS figure error [mrad] 0 0.1 0.5 1.0 2.0 3.0 Vertical focus size FWHM [mm] 0.9 1.9 9.2 19.7 37.3 36.9 Horizontal foc