Author Affiliations
Abstract
1 MOE Key Laboratory of Advanced Micro-Structured Materials, Shanghai 200092, China
2 Institute of Precision Optical Engineering, School of Physics Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China
3 Center for Transformative Science, ShanghaiTech University, Shanghai 201210, China
In this paper, a simple theoretical model combining Monte Carlo simulation with the enthalpy method is provided to simulate the damage resistance of B4C/Si-sub mirror under X-ray free-electron laser irradiation. Two different damage mechanisms are found, dependent on the photon energy. The optimum B4C film thickness is determined by studying the dependence of the damage resistance on the film thickness. Based on the optimized film thickness, the damage thresholds are simulated at photon energy of 0.4–25 keV and a grazing incidence angle of 2 mrad. It is recommended that the energy range around the Si K-edge should be avoided for safety reasons.
B4C film XFEL damage mechanism damage threshold enthalpy method Chinese Optics Letters
2023, 21(2): 023401
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科学中心，上海 201204
高重复频率的自由电子激光和低发射度的同步辐射衍射极限环光源对反射镜的热变形提出了更高的要求。针对上海硬X射线自由电子激光装置（SHINE）高热平均功率的特点和波前保持的需求，计算了第一条光束线中第一面反射镜M1在不同能量点下的热功率分布，并建立了有限元热学和结构耦合分析模型进行了M1的热变形计算和波前传播模拟。最终，采用多段冷却和复合使用的方式对反射镜冷却进行了优化设计，使得在入射光能量为7.0 keV、掠入射角为4.0 mrad的情况下的额定热功率从0.48 W提高到了3.06 W，工作重复频率提升了6.4倍。光学模拟结果显示，在其他不同特定能量点下额定热功率也有2.0~8.3倍的提升。
X射线光学 光学设计 有限元 热分析 高度残差 冷却 光学学报
2022, 42(23): 2334003
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 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201800
2 上海科技大学, 上海 201210
3 中国科学院上海高等研究院上海光源, 上海 201204
4 中国科学院大学, 北京 100049
同步辐射红外(SRIR)光具有光谱范围宽、发散角小、亮度高以及信噪比高等优点,结合传统红外谱学技术,采用SRIR谱学显微技术对样品进行红外谱学显微,可以获得样品微米级别的空间光谱信息。利用MiTeGen聚亚酰胺小环作为样品,以上海光源BL01B1线站的SRIR光为光源,通过点扫描采样方式进行同步辐射红外三维谱学显微实验研究。通过获得聚亚酰胺小环在不同角度下的SRIR二维显微光谱信息,选取波数范围为1495~1485 cm -1的显微光谱信息处理,用代数迭代算法对聚亚酰胺小环的化学组分酰胺Ⅱ进行SRIR三维显微重构,获得了完整的三维重构图。实验表明本文方法能够以较高的信噪比重构出样品化学组分的三维红外显微结构。
X射线光学 同步辐射 三维谱学显微 高分辨率光谱学 断层图像处理
中国科学院上海应用物理研究所 上海光源,上海 201204
为了提高同步辐射红外光源的光子通量和亮度以及改善光学元件的热稳定性,同步辐射光源现多采用恒流注束(Top-Up)模式,以保持储存环内部束流的稳定.在增强器向储存环注束时,储存环电流的瞬时起伏及电子束团位置的变动等会使同步辐射红外线站所用红外傅立叶变换(FTIR)光谱仪所采的干涉图上出现较大的波动,形成噪声；本文根据该噪声的特点,以及全域中值滤波算法处理该类型的噪声的不足,提出使用区域中值滤波算法对红外谱学线站使用的FTIR光谱仪所采的干涉图进行预处理,以消除由Top-Up模式引入的噪声的影响；并根据该型噪声的特点和区域中值滤波算法的处理过程,设计了一套去除由Top-Up模式引入的同步辐射红外谱学噪声的流程,使该区域中值滤波算法的处理过程无需人工干预；使用该区域中值滤波算法对具有该型噪声的干涉图进行了降噪处理,计算结果表明：使用该滤波算法可消除由Top-Up模式引入噪声的影响,提升Top-Up模式下所采光谱的信噪比.
同步辐射红外光源 恒流注束 噪声消除技术 区域中值滤波 synchrotron radiation infrared source constant current injection elimination technology of noise zone median filtering
1 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201204
2 国际竹藤中心, 北京 100102
第三代同步辐射光源X射线具有高亮度、 光谱连续、 宽频谱范围、 高空间分辨率、 高衬度分辨率等独特优越性, 可实现光谱精准计算及能量可调, 对低Z材料内部结构边缘增强图像方面也具有很强的优势。 利用上海同步辐射光源X射线双能减影和相衬成像技术, 实现铜唑防腐剂处理竹材的同步辐射无损检测研究, 并获得了Cu的分布图和处理材的内部结构, 该技术为防腐处理竹材解剖学研究提供了一个重要无损检测手段。
铜唑防腐剂 竹材 同步辐射 双能减影 相衬成像 CuAz preservative Bamboo Synchrotron radiation Dual energy subtraction imaging Phase contrast imaging
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
3 北京师范大学, 北京 100875
设计并成功研制了单毛细管椭球镜,并通过光学及X射线方法测试了它的特性。椭球镜的面形误差为15 μrad,能量为9 keV时聚焦光斑直径为40 μm,聚焦光斑发射角为1.75 mrad。基于研制的椭球镜,在上海光源X射线成像线站搭建X射线纳米成像系统,并实现了纳米成像,这表明该椭球镜可满足X射线纳米成像的需求。
X射线光学 X射线显微镜 单毛细管椭球镜 检测 同步辐射 光学学报
2017, 37(10): 1034002
1 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201204
2 同济大学电子与信息工程学院控制科学与工程系, 上海 201804
3 上海市中医药大学附属普陀医院, 上海 200062
为获取物质内部成分的三维分布信息,研究了基于同步辐射红外光源的共聚焦三维成像重建算法。采用单点探测器扫描成像的方式,根据同步辐射红外谱学显微共聚焦三维成像的原理及非线性特性,建立了同步辐射红外谱学显微共聚焦三维成像模型;根据该模型的特点建立测试样品的模型,模拟了红外谱学共聚焦三维成像测试,得到了共聚焦三维成像的测试数据;分别使用Levenberg-Marquardt算法和改进型高斯-牛顿算法对使用前向模型模拟采集得到的结果进行重建。结果表明,前向模型中未加入误差时,Levenberg-Marquardt算法可以重建样品的三维信息,在前向模型中加入1%误差时, Levenberg-Marquardt算法重建得到的结果与实际结果偏差较大,而改进型高斯-牛顿算法可以重建样品的三维信息。
光谱学 同步辐射红外光源 共聚焦谱学三维成像 三维成像重建算法 光学学报
2017, 37(12): 1230002
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
中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201800
提出了一种基于一定频率内平均吸收的太赫兹(THz)波振幅成像新方法。 太赫兹波频率在0.1～10 THz之间, 波段位于红外和微波之间。 太赫兹波成像技术的一个显著特点是信息量大, 如何对每个样品点的大量信息进行处理提取有用信息重构出样品的图像是一项关键技术。 选用中间挖空有“THz”字样的白纸为样品作太赫兹波成像研究, 首先探讨了时域和频域上几种常用太赫兹波振幅成像方法所反映的样品信息及其特点, 进一步使用提出的基于一定频率内平均吸收的太赫兹波振幅成像新方法对样品进行图像重构。 实验结果表明这种新方法可以很好的反映样品的真实信息, 反映了样品在一定频率范围内由于吸收而引起的效果的综合, 与吸收系数和厚度相关, 离散效应得到了很好的消除, 相对几种常用的太赫兹波振幅成像方法能够得到更清晰的图像。 此新方法尤其适用于结构简单的样品, 能够成为几种常用振幅成像方法的有力补充。
太赫兹波 时域谱 振幅成像 平均吸收 Terahertz wave Time domain spectroscopy Amplitude imaging Mean absorption 光谱学与光谱分析
2015, 35(12): 3315
