1 上海科技大学物质科学与技术学院，上海 201210
2 中国科学院上海应用物理研究所，上海 201800
3 上海科技大学大科学中心，上海 201210
4 中国科学院上海高等研究院，上海 201210
为解决硬X射线自由电子激光装置难以提供皮秒至纳秒区间时间分辨的问题，提出了面向目前在建的上海硬X射线自由电子激光装置分束延迟的系统设计。采用基于晶体衍射的延迟方法设计分束延迟光学系统，计算了延迟时间范围，模拟了系统光通量，搭建了一台样机并进行了光路对准实验。该设计采用空间分光方式，将入射脉冲分为两个部分，并通过路程差在二者之间引入时间延迟，具体的原理样机设计适用于光子能量在7~11 keV范围，最多能实现-15.4~503.3 ps的时间延迟。使用Shadow模拟了样机设计的光通量，两个分支光通量分别为33.54%和33.64%，符合1∶1的设计目标。使用绿光激光进行了样机的光路对准实验，证明该样机能使空间分光后的两束光重新复合，为后续X射线验证实验提供基础。该设计具有空间尺寸小、延迟范围大、入射能量和延迟时间连续可调的优点，为上海硬X射线自由电子激光装置的分束延迟系统研制提供参考。
光学设计与制造 分束器 X射线光学 自由电子激光 超快光学 时间延迟 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0122002
1 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院上海高等研究院, 上海 201210
设计了一个以蓝宝石晶体作为布拉格反射镜构成的谐振腔系统,控制X光脉冲辐射束的状态以实现其在一个开放腔中的稳定传输,进而形成振荡。以两块平面晶体布拉格反射镜构成的开放稳定腔系统为模型,通过计算其传输矩阵和分析辐射束横向稳定性条件,得到了谐振腔中两块透镜的焦距和间距的关系。优化该谐振腔系统设计参数使之满足增益最大化条件,即辐射束瑞利长度ZR与电子束聚焦参数Zβ匹配。使用X射线追迹软件SHADOW进行光学追迹模拟。模拟结果显示,辐射束在整个谐振腔系统中传输的单程损耗小于20%,在谐振腔中振荡一个周期后的状态与初始状态虽然有所差异但仍可接受。模拟结果表明了该谐振腔系统光学设计参数的可行性。
光学学报
2022, 42(11): 1134017
1 中国科学院 上海高等研究院 上海同步辐射装置, 上海 201204
2 中国科学院 北京高能物理研究所 北京同步辐射装置, 北京 100049
3 中国科学院大学, 北京 100049
为了精确测量加工、夹持、装调等工艺引起的晶体摇摆曲线的微小变化, 建立了高分辨的在线检测系统。研究了同步辐射实验配置对晶体摇摆曲线的影响。首先利用DuMond图解法定性分析了不同实验配置中光束带宽和角发散的影响, 根据DuMond图解结果和X射线晶体动力学衍射理论, 推导出晶体摇摆曲线宽度的经验公式。然后研究了同步辐射在线检测系统提升角分辨率的方法, 利用高指数面的Si(333)切槽晶体、Si(775)定能量分析晶体抑制光束的带宽和角发散, 调制出高分辨的检测光束。最后在上海光源X光学测试线搭建了检测系统, 测量了Si(111)晶体摇摆曲线并验证了经验公式。实验结果表明, Si(111)晶体摇摆曲线半高宽的测量值4.79″@12.763 keV, 与动力学衍射的理论值4.70″差值在2%以内, 可满足晶体摇摆曲线微小变化的检测需求。
同步辐射 高分辨实验配置 摇摆曲线 色散和消色散 DuMond作图法 synchrotron radiation high energy resolution experiment configuration rocking curve parallel and antiparallel arrangements DuMond diagram
中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201204
基于高斯谢尔光束的相干模式分解理论和波动光学，建立了部分相干同步辐射硬X射线光束通过光学器件的传播模型。模拟了微聚焦X射线光束照射下光栅的分数塔尔博特效应，得到了聚焦光束的光强分布和相干特性变化，并分析了散焦光束入射下的光栅自成像。然后通过模拟准直光束入射下的光栅塔尔博特效应，得到了不同传播距离处自成像条纹的变化情况，分析了影响光栅自成像条纹形状的因素。通过光栅衍射条纹测量同步辐射相干度，发现对矩形相位光栅来说，应该对衍射图样进行傅里叶分解，求出各级傅里叶系数随传播距离的变化曲线，从而得到入射光束相干特性。
X射线光学 同步辐射 分数塔尔博特效应 部分相干
1 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201204
2 中国科学院研究生院, 北京 10049
为实现同步辐射用光学元件面形的绝对检测，发展了镜面旋转对称三平板检测法。该方法将菲佐干涉法检测到的波前函数关于y轴分解成镜面对称部分与镜面非对称部分，再利用N次旋转取平均值消除镜面非对称部分，从而通过计算获得待测平面的绝对面形分布。推导了镜面旋转对称法检测矩形平面镜面形的公式，应用该方法设计了高精度矩形平面镜的测试实验，并进行了误差分析。实验结果表明，与传统三平板绝对测量方法相比较，两种方法在高度轮廓误差和斜率误差方面的计算结果都符合较好，其对比后的残差均方根(RMS)值分别为λ/500(λ=632.8 nm)与0.93 μrad。
测量 菲佐干涉仪 绝对检测 镜面旋转对称 斜率误差
中国科学院上海应用物理研究所,上海光源, 上海 201204
为实现用小口径面形干涉仪完成对大口径光学镜面面形的检测，发展了斜入射检测方法，增大投射到待测镜上光斑的尺寸，从而增大干涉仪检测的镜面口径范围。推导了斜入射法检测平面反射镜面形的公式，并考虑了此方法可能引入的误差。对尺寸为124 mm×42 mm的平面反射镜分别在垂直和不同斜入射角条件下进行了测量，垂直入射时测得镜子工作表面面形起伏高度均方根（RMS）和峰谷(PV)值分别为16.3 nm和67.8 nm，斜入射时测得镜子工作表面的面形起伏高度RMS和PV值分别为16.8 nm和68.7 nm，相对误差分别为3%和0.9%，可以满足第三代同步辐射光束线的要求。
测量 镜面面形 斜入射法 ZYGO干涉仪 斜率误差 激光与光电子学进展
2011, 48(7): 071201
采用激光加热基座法制备LED白光源用Pr3+,Ce3+:YAG单晶光纤荧光材料，对所制备材料的荧光光学特性进行了实验分析结果表明,在Pr3+和Ce3+共掺发光过程中，Pr3+离子的发光可以通过Ce3+敏化作用使得其610 nm谱线荧光强度得到有效增强；利用所制备Pr3+,Ce3+:YAG单晶光纤荧光材料与蓝色LED合成产生高效LED光纤白光源，光源的色坐标为(x＝0.322，y＝0.335)，显色指数84.3，表明光源品质良好，有望用于未来高效大功率光纤白光源.
白光源 单晶光纤 荧光材料 敏化 White LED Single crystal optical fiber Luminescence materials Pr3+ Pr3+ Ce3+:YAG Ce3+:YAG Sensitization
采用激光加热基座法从粉末源棒直接制备LED白光源用Ce3＋∶YAG单晶光纤荧光材料。通过单次或多次生长可以得到直径150～1000 μm各种Ce3+离子掺杂YAG单晶光纤。实验测量了所制备荧光光纤在波长465 nm LED激发下的荧光光谱, 结果表明在550 nm附近存在宽带强荧光辐射。利用所制备Ce3＋∶YAG单晶光纤荧光材料与蓝色LED抽运光合成产生高效LED光纤白光源, 所得光纤白光源色温5881 K, 色坐标x＝0.310, y＝0.350, 显色指数为75.0, 表明光源输出光品质良好。由于Ce3+∶YAG单晶光纤既有晶体材料光学特性又有光波导的特点, 使得它比通常的Ce3+∶YAG粉体荧光材料具有较高的LED抽运效率和荧光收集效率, 有望用于未来大功率光纤白光源。
LED白光源 单晶光纤 荧光材料
