随着相干光源的发展，对大尺寸高精度反射镜的表面光滑度要求不断提高。针对X射线使用的高长宽比矩形平面反射镜，发展了一种基于激光干涉平移剪切法的二维绝对检测方法，以单方向多次平移测量取代正交方向的平移测量，推导出多矩阵增广区域法重构算法，获得了高精度矩形平面镜的绝对面形。经过仿真模拟，在不考虑噪声时，得到的绝对面形与初始面形的残差均方根（RMS）为0.03 nm（~λ/20000）；在考虑随机高斯噪声时，重点模拟分析了不同平移次数和平移距离下的面形恢复情况。对120 mm×40 mm的矩形平面镜进行了实验验证，测量恢复的绝对面形与三平板法得到的绝对面形RMS为1.07 nm（λ/591）。模拟和实验结果均表明：所提方法可有效地获得高精度矩形平面反射镜的二维绝对面形，且单方向平移也为发展基于绝对检测的多孔径拼接测量奠定了基础。

设计了一种基于荧光成像的X射线光束在线监测装置,用于上海光源硬X射线光束的实时在线监测。相较于现有位置监测器和气体电离室,该装置能实现2 kHz高速采集,具有实时监测光束位置、通量、尺寸以及重建入射光波前相对变化量的功能,且不会影响下游实验开展。该装置可用于光学器件和实验位置反馈,在超长和微纳聚焦光束线站将有很好的应用。在上海光源时间分辨超小角散射线站的USAXS和微聚焦SAXS实验站利用该装置开展在线监测实验,采集并分析了常用实验帧率下的光束稳定性数据,得到了该线站光束位置、通量、尺寸分布的时频域信号和入射波前的相对变化情况,验证了该装置的可行性。

目前的商用自准直仪并不满足纳米光学测量仪(NOM)利用细光束进行测量的要求, 大口径细光束模式下的自准直测量系统存在各种误差。为了满足自准直测量系统的高精度要求, 根据自准直测量原理, 对大口径细光束自准直测量系统中CCD阵面与f-theta透镜焦平面不重合引入的误差进行了归纳分析, 并通过相关实验对误差的线性关系进行了验证, 结果证明理论计算与实验结果具有良好的一致性。

为实现对双晶单色器角度微振动的原位测量, 设计了基于双频激光干涉仪的双晶单色器晶体角度微振动测试系统, 并搭建了实验平台。激光经干涉计偏振分光后射向被测晶面, 对反射信号调制解调求得晶面两端的位移偏差, 从而高频获取晶面的角度位移信息。通过数据预处理可以有效去除夹杂在数据中的噪声及直流分量, 应用快速傅立叶变换处理得到晶体角度振动的频谱信息, 准确获取对晶体稳定性产生影响的特征频率, 从而分析影响晶体稳定性的主要振源。该方案可实现晶体角位移的高频采集, 分辨率高达25 nrad, 并能准确分析出不同振源影响下晶体微振动的情况, 为单色器结构优化提供参考。

在国内发展了硬X射线微束掠入射实验方法, 并将此具有微米级高空间分辨率的方法应用于纳米厚度薄膜的微区分析。 该实验方法对分析样品表面或薄膜在微小区域的不均匀组分、 结构、 厚度、 粗糙度和表面元素化学价态等信息具有重要意义。 基于X射线全反射原理, 以微聚焦实验站的高通量、 能量可调的单色微束X射线为基础, 通过集成运动控制、 光强探测、 衍射和荧光探测, 设计了掠入射实验方法的控制和数据采集系统。 此系统采用分布式控制结构, 并基于Experimental Physics and Industrial Control System （EPICS）环境设计SPEC控制软件。 通过建立SPEC和EPICS的访问通道, 实现SPEC软件对EPICS平台上设备的控制和数据获取。 在所设计的控制和数据采集系统中, 运动控制系统控制多维样品台电机的运动, 实现定位样品位置和调节掠入射角; 光强探测系统则监测样品出射光强度, 通过样品台运动控制和光强探测的联控, 实现样品台的扫描定位控制; 通过衍射和荧光探测系统获取不同入射深度下样品的衍射峰强度和荧光计数。 此外, 为准确控制掠入射角角度, 必须确定样品平面与X射线平行的零角度位置, 对此给出一种自动定位零角度的方法, 编写了该方法的控制算法, 设计了相应的控制软件。 零角度自动化定位的扫描结果表明, 实验系统微区分析的空间分辨率达到28 μm, 零角度定位精度小于±001°。 利用该系统在上海光源微聚焦实验站首次实现了具有自动化准确控制零角度的微束掠入射X射线衍射和荧光同步表征的实验方法, 实验中被测样品为10 nm Au/Cr/Si薄膜材料, Si基底最上层为10 nm厚的Au薄膜, 其间为一层很薄的Cr粘附层。 在不同掠入射角下测量样品的衍射信号, 获取不同入射深度下样品的衍射峰强度, 并实现在同一掠入射角下, 同步采集样品的荧光计数信号, 从而确定了样品表层的相结构信息以及荧光信号强度与入射角关系, 实现了对纳米厚度薄膜在微小区域的相结构和组分分析。 此外, 通过该技术能够选取荧光计数最大值对应的入射角度, 有助于提高后续发展的低浓度样品掠入射X射线吸收近边结构实验方法的信噪比。

为了满足自准直系统的高精度要求, 同时扩展其适用范围, 以便更好地应用于科学研究, 在光学自准直原理的基础上, 针对大口径细光束的自准直系统进行研究, 并对其误差源做了深入分析。对入射光束发散度引入的误差、CCD离焦误差、光学元件姿态引入的误差、反射镜平面度误差、准直系统瞄准误差以及原理误差这六种主要的误差源做了定量分析, 同时对外界环境条件引入的误差进行了定性分析。通过对上述误差的定量与定性分析, 可以直观地观察各误差源对系统精度产生的影响, 为后续大口径细光束自准直系统的设计提供了重要的理论支持。

介绍了双压电片镜自适应光学技术, 同时为其在同步辐射光学领域中的应用与进一步发展提供前瞻性的思考与探索。根据目前已公开发表的相关文献资料, 总结介绍了双压电片镜自适应光学技术, 阐述了该技术的工作机理与关键参数, 并对其在国际上具有代表性的同步辐射机构中的应用情况作出描述, 并指出涉及的关键技术问题与未来的发展趋势: 不仅要有效地解决“连接点效应”对双压电片镜技术的负面影响, 还要实现亚微米乃至纳米级的聚焦光斑, 这两项内容都是双压电片镜技术需要进一步解决的重要问题。未来, 双压电片镜自适应光学技术可望在我国先进的第三代同步辐射装置—“上海光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,SSRF)”二期工程建设中得到应用。