1 中国科学技术大学国家同步辐射实验室，安徽 合肥 230029
2 中国科学院大学物理科学学院，北京 101408
3 合肥工业大学物理学院，安徽 合肥 230009
4 安徽大学化学化工学院，安徽 合肥 230601
红外光谱有着广泛的应用。合肥红外自由电子激光装置能够为用户提供高亮度的中/远红外辐射，为高水平的红外研究提供基础条件。自由电子激光和实验站之间需要用光束线连接起来，以便在完成红外辐射高效输送的同时进行聚焦、诊断等。本文介绍了合肥红外自由电子激光装置红外光束线的设计与性能，主要包括光束线的总体要求、设计方案和布局、光学设计、光斑演化、光束传输、激光的分束取样、激光宏脉冲的在线同步测量、激光光谱的在线同步测量等。调试结果表明，设计达到了预期指标，整个光束线可以稳定运行。
激光光学 光束线 自由电子激光 中/远红外 激光诊断
1 上海科技大学大科学中心, 上海 201210
2 中国科学院上海高等研究院上海光源中心, 上海 201204
3 新加坡国立大学新加坡同步加速器光源中心, 新加坡 新加坡 117603
光学元件污染对X射线传输有很大的影响,尤其是高亮度、高相干X射线自由电子激光的传输。然而,目前针对X射线自由电子激光光学元件污染问题的相关研究非常少。首先,给出了X射线自由电子激光的特性。然后,总结了同步辐射中碳污染问题的影响、控制和清洁方案。接着,分析了在X射线自由电子激光光束线中碳污染对光束品质影响的特殊之处。最后,分析了颗粒污染在X射线自由电子激光光束线中可能发生的损伤、熔化和遮挡三种情况对光束品质的影响。
光学学报
2022, 42(11): 1134006
1 1.中国科学院 高能物理研究所, 北京同步辐射实验室, 北京 100049
2 2.中国科学院大学 核科学与技术学院, 北京 100049
同步辐射是环形加速器中做循环运动的高速电子在经过弯转磁铁时, 沿电子轨道切线方向发射的电磁辐射。作为一类平台型科技基础设施, 同步辐射光源对无机材料的研究和发展起到了重要支撑作用。同步辐射实验技术已经成为现代科学技术不可或缺的研究手段, 无机材料研究是同步辐射技术的主要应用领域之一。相对于用于材料研究的常规光源来说, 同步辐射技术研究无机材料有以下优势: 1)获取的数据质量更高; 2)空间分辨和时间分辨的能力更强; 3)原位和材料服役环境更易模拟; 4)多尺度、多方面、多种类的结构信息同步获取; 5)探测新的结构特性更有可能。同步辐射实验技术有助于解决无机材料领域中的一些关键科学问题, 从而极大地推动了无机材料的研究进展。本文首先简要介绍了同步辐射光源的现状, 以及国内现有三个同步辐射装置: 北京同步辐射装置(Beijing Synchrotron Radiation Facility, BSRF)、上海同步辐射装置(Shanghai Synchrotron Radiation Facility, SSRF)和国家同步辐射实验室(National Synchrotron Radiation Laboratory, NSRL)。然后, 从X射线衍射、散射、谱学、成像等四个方面, 列举了同步辐射技术在无机材料研究中的应用实例。最后, 对同步辐射光源和结构表征技术及其在无机材料中的应用进行了总结与展望。
无机材料 同步辐射 光束线 结构表征 综述 inorganic materials synchrotron radiation beamline structure characterization review
1 中国科学院 上海应用物理研究所，上海 201204
2 中国科学院大学，北京 100049
同步辐射光束线上存在的碳污染是影响光束线特别是软X光束线传输效率的重要原因,污染的生成与镜箱腔壁上存在有少量的油有关。为了获得更加洁净的真空室，通过辉光放电对镜箱真空室壁进行清洗，力争从源头上减少光学元件碳污染的产生。设计并搭建了一套应用在同步辐射光束线镜箱上的辉光放电清洗系统，并研究了装置在不同真空度下辉光的伏安特性。利用四极质谱对辉光放电前后及过程中镜箱内的残气进行分析。研究得出，真空室表面残留油分子的初步裂解产物主要是分子量为69的粒子。通过辉光放电清洗，真空室内残存的微量油大分子的（分子量为39,41,43,55,57,69,71）减少幅度达到50%。辉光放电清洗对真空腔体内表面油分子有明显的去除效果。本文研究的内容对于减少光束线站特别是软X射线光束线上碳污染具有重要意义。
同步辐射光束线 碳污染 质谱分析 辉光放电清洗 synchrotron radiation beamline carbon contamination mass spectrometry glow discharge cleaning 光学 精密工程
2018, 26(10): 2389
中国科学院上海应用物理研究所上海光源， 上海 201204
对同步辐射红外光束线中由两个相同光学参数的超环面镜组成的对称式光学系统的像差和超环面镜缩放比之间的关系进行分析。计算结果表明，使用3倍压缩比的超环面镜可将上海光源同步辐射红外光束线站BL06B的500 μm波长的红外光在金刚石化学蒸汽沉积（CVD）窗上的透射率优化到50%左右；光学设计软件Zemax光线追迹结果表明，该对称式结构的像差不影响中红外光束的聚集性能。Synchrotron Radiation Workshop模拟计算结果表明，使用3倍压缩比的超环面镜和直径15 mm的金刚石CVD窗获得的光子通量与使用1倍压缩比的超环面镜和直径45 mm的金刚石CVD窗获得的光子通量相当，但前者的碳峰吸收约为后者的37%。由两个3倍压缩比的超环面镜组成的对称式光学结构在兼顾近中红外性能的同时，优化了同步辐射红外光束线在远红外波段的性能。
光学设计 同步辐射红外光束线 优化设计 像差 衍射损失 光学学报
2016, 36(11): 1122002
1 中国科学院物理研究所, 北京 100190
2 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201800
正在建设中的上海光源梦之线(Dreamline)是一条宽能段、超高能量分辨率的软X 射线光束线。如此高指标的光束线在建设过程中有许多难点需要克服，其中光学元件的热变形是达到数万分辨能力的主要障碍。梦之线采用的5 m 长的波荡器会产生很高的热辐射从而使各光学元件，特别是第一块平面镜(M1)和第二块平面镜(M2)发生热形变进而影响整个光束线的性能。因此本文计算了Dreamline 各光学元件的热功率密度分布，在此基础上对各光学元件进行了稳态热分析，得到M1、M2 达到热平衡时的温度，热变形和面形误差分布，进而利用热变形结果对光束线进行了追迹，并且设计了一套热修正装置指导单色仪自身的聚集调节从而消除镜面热变形对光束线性能的影响。结果表明，即使在镜面热变形最高的情况下，通过对各光学元件进行有效的冷却并通过单色仪自身的聚集调节能消除镜面热形变对光束线性能的影响。
X射线光学 热形变修正 面形误差 有限元分析 光束线追迹 激光与光电子学进展
2014, 51(7): 073401
1 中国科学院 长春光学精密机械及物理研究所 应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100039
针对上海光源X射线干涉光刻(XIL)光束线对狭缝精度的要求, 提出了一种应用于超高真空的精密四刀狭缝机构及热缓释方案。给出了四刀狭缝机构的工作原理, 其四个缝片独立运动, 采用线性驱动装置及精密直线导轨来实现开合。根据XIL光束线的特点, 设计了一种合理有效的热缓释方案, 对缝片进行了热-结构耦合分析。对狭缝的精度指标进行了测试。结果显示：该四刀狭缝的分辨率优于0.1 μm、运动重复精度优于2 μm、刀口直线度优于2.5 μm、平行度优于0.5 mrad, 可以精确实现狭缝在水平和垂直方向-5～250 μm的开度, 缝片在热负载下的最大热变形控制在0.034 μm。得到的结果表明, 该精密四刀狭缝具有高的精度和稳定性, 可满足XIL光束线的使用要求, 现已实际使用并制备出了100 nm周期的刻蚀线结构。
X射线干涉光刻光束线 精密狭缝 四刀结构 重复精度 有限元分析 X-ray Interferometric Lithography(XIL) beamline precision slit four-slit structure repeatability precision finite element analysis
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室,吉林 长春 130033
2 中国科学院 研究生院, 北京 100039
为提高上海光源搭建的国内首条软X射线谱学显微光束线站的整体性能，分析了其分光装置-变包含角平面光栅单色仪在波长扫描过程中影响谱学显微光束线光斑水平漂移的各个因素，推导出了各因素与光斑水平漂移的传递关系，并结合具体要求进行了误差分配。针对光斑水平角漂移重复精度的检测，采用自准直原理，构建了测试系统。利用该系统，完成了谱学显微光束线站光斑水平漂移重复精度的离线检测，其结果为0.67″，满足设计指标1″的要求。对安装调试后的束线进行了总体性能测试，结果均满足谱学显微设计和使用要求。由此表明，提出的对谱学显微光束线光斑水平漂移误差来源的分析及检测方法，有效保证了束线性能的实现。
变包含角平面光栅单色仪 谱学显微光束线 光斑水平漂移 误差分析 variable-included-angle plane grating monochromato spectromicroscopic beamline light spot transversal transfer error analysis
1 中国科学院 高能物理研究所,北京 100049
2 中国工商大学 机械工程学院,北京 100048
3 中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川 绵阳 621900
在北京同步辐射装置(BSRF)上建立了国内唯一的软X射线光学实验平台,主要用于惯性约束聚变(ICF)激光等离子体诊断用探测元器件的精密标定技术研究。硬件方面主要包括两条不同能区的单色聚焦X射线光束线(能量范围0.05-6 keV)、高精度软X射线综合测试分析装置、软X射线标准探测器电离室系统及若干探测器标定装置等,软X射线(0.05-1.5 keV)和中能X射线(1.2-6 keV)两条光束线各项性能指标均达到或优于原设计指标。一大批ICF实验用的探测器在实验平台上进行了标定,主要包括X射线探测器(XRD)、反射镜和多层膜、透射光栅、电荷耦合器件(CCD)等,还包括一些新的探测元器件,如:晶体、成像板等,这些探测元器件被用于ICF实验中,取得大量的成果。该平台在光学、天文、材料、计量和Z箍缩实验等领域也得到了广泛的应用。
同步辐射 软X射线 光束线 惯性约束聚变 探测元器件 标定
