面形误差对自由电子激光聚焦光斑影响的研究
发布时间：2021-04-05 11:28
正在建设中的上海软X射线自由电子激光（Self-amplified Spontaneous Emission,SASE）光束线—活细胞成像光束线,能量范围100～1 000 eV,束线主要设备包括前端区、插入件、偏转平面镜PM1、诊断光栅PM2、单色器、压弯镜、KB镜（Kirkpatrick-Baez）和椭球镜等。分为两条支线,其中北支线的KB镜组由一个平面镜和两个椭圆柱面镜构成,主要应用于生物细胞成像实验站。实际光学元件在加工过程中会存在一定的面形误差,面形误差是衡量光学元件表面质量的重要指标。自由电子激光光束线系统中,要求镜子表面具有高精度和高可靠度,镜子的面形和高度误差相关联,会影响光束的相干性和波前,进而影响最终的光斑。为了准确研究面形误差对X光经过光束线传播后相干性和波前变化的影响,使用软件SHADOW和SRW对北支线X光的传播进行模拟。模拟结果表明:平面镜面形误差控制在0.1～0.2μrad,同时椭圆柱面镜控制在0.4μrad以内,聚焦光斑尺寸在4μm以内,可满足生物成像实验站成像需求。该结果为软X射线自由电子激光的优化设计提供了参考和依据。
【文章来源】：核技术. 2020,43(06)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
椭球面聚焦原理
由SHADOW模型模拟出的追迹结果如图5所示，图5(a）、（b）分别为在平面镜PM2（光栅0级光）处理想情况下，和加入上述平面镜面形误差后光斑的追迹结果。由追迹光斑FWHM可见，光束在经过平面镜PM1和平面镜PM2后，光斑受到面形误差影响较小。对光斑继续进行追迹，在经过KB镜到达像点处后，由图5(c）可见，在理想情况下，光束经过聚焦到达像点的光斑大小约为2.84μm。图5 SHADOW光束追迹结果
图4 平面镜PM1(a,b)和椭圆柱面镜ECM8(c,d)在子午和弧矢方向的实际面形误差如图5(d）有误差情况下，在像点处的光斑会受到面形误差的显著影响，有明显的子午方向束斑拓展，子午方向尺寸为3.370 3μm，拓展约0.5μm，是理想情况光斑子午方向尺寸的约1.2倍，这是由椭圆柱面镜像差和较大的面形误差共同造成的结果。
【参考文献】：
期刊论文
[1]上海软X射线自由电子激光装置[J]. 赵振堂,王东,殷立新,顾强,方国平,谷鸣,冷用斌,周巧根,刘波,唐传祥,黄文会,刘志,江怀东,翁祖谦. 中国激光. 2019(01)
[2]Performance of beam size monitor based on Kirkpatrick–Baez mirror at SSRF[J]. De-Chong Zhu,Jun-Hui Yue,Yan-Feng Sui,Da-Heng Ji,Jian-She Cao,Kai-Rong Ye,Shun-Qiang Tian,Jie Chen,Yong-Bin Leng. Nuclear Science and Techniques. 2018(10)
[3]Design of wide-range energy material beamline at the Shanghai Synchrotron Radiation Facility[J]. Zhen-Hua Chen,Fan-Fei Sun,Ying Zou,Fei Song,Shuo Zhang,Zheng Jiang,Yong Wang,Ren-Zhong Tai. Nuclear Science and Techniques. 2018(02)
[4]FEA-based structural optimization design of a side cooling collimating mirror at SSRF[J]. Li-Min Jin,Na-Xiu Wang,Wan-Qian Zhu,Feng-Gang Bian,Zhong-Min Xu. Nuclear Science and Techniques. 2017(11)
[5]同步辐射光束线中部分相干光的传播研究[J]. 孟祥雨,郭春磊,王勇,吴衍青,邰仁忠. 光学学报. 2013(07)
[6]自由电子激光:从星球大战的利器到打开新科学大门的钥匙[J]. 杨宇峰,陆辉华,葛锐,郝建奎,李彬,姜晓明. 现代物理知识. 2012(06)
[7]同步辐射水平偏转压弯镜面形误差分析与补偿[J]. 卢启鹏,高飒飒,彭忠琦. 光学精密工程. 2011(11)
[8]X射线衍射和散射光束线环面聚焦镜的面形精度与像差分析[J]. 黄志刚,董晓浩,高飞,徐朝银. 光学精密工程. 2004(01)
[9]X射线衍射和散射光束线设计[J]. 徐朝银,潘国强,吴冠原,王峰,赵飞云. 中国科学技术大学学报. 1999(02)
本文编号：3119548
【文章来源】：核技术. 2020,43(06)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
椭球面聚焦原理
由SHADOW模型模拟出的追迹结果如图5所示，图5(a）、（b）分别为在平面镜PM2（光栅0级光）处理想情况下，和加入上述平面镜面形误差后光斑的追迹结果。由追迹光斑FWHM可见，光束在经过平面镜PM1和平面镜PM2后，光斑受到面形误差影响较小。对光斑继续进行追迹，在经过KB镜到达像点处后，由图5(c）可见，在理想情况下，光束经过聚焦到达像点的光斑大小约为2.84μm。图5 SHADOW光束追迹结果
图4 平面镜PM1(a,b)和椭圆柱面镜ECM8(c,d)在子午和弧矢方向的实际面形误差如图5(d）有误差情况下，在像点处的光斑会受到面形误差的显著影响，有明显的子午方向束斑拓展，子午方向尺寸为3.370 3μm，拓展约0.5μm，是理想情况光斑子午方向尺寸的约1.2倍，这是由椭圆柱面镜像差和较大的面形误差共同造成的结果。
【参考文献】：
期刊论文
[1]上海软X射线自由电子激光装置[J]. 赵振堂,王东,殷立新,顾强,方国平,谷鸣,冷用斌,周巧根,刘波,唐传祥,黄文会,刘志,江怀东,翁祖谦. 中国激光. 2019(01)
[2]Performance of beam size monitor based on Kirkpatrick–Baez mirror at SSRF[J]. De-Chong Zhu,Jun-Hui Yue,Yan-Feng Sui,Da-Heng Ji,Jian-She Cao,Kai-Rong Ye,Shun-Qiang Tian,Jie Chen,Yong-Bin Leng. Nuclear Science and Techniques. 2018(10)
[3]Design of wide-range energy material beamline at the Shanghai Synchrotron Radiation Facility[J]. Zhen-Hua Chen,Fan-Fei Sun,Ying Zou,Fei Song,Shuo Zhang,Zheng Jiang,Yong Wang,Ren-Zhong Tai. Nuclear Science and Techniques. 2018(02)
[4]FEA-based structural optimization design of a side cooling collimating mirror at SSRF[J]. Li-Min Jin,Na-Xiu Wang,Wan-Qian Zhu,Feng-Gang Bian,Zhong-Min Xu. Nuclear Science and Techniques. 2017(11)
[5]同步辐射光束线中部分相干光的传播研究[J]. 孟祥雨,郭春磊,王勇,吴衍青,邰仁忠. 光学学报. 2013(07)
[6]自由电子激光:从星球大战的利器到打开新科学大门的钥匙[J]. 杨宇峰,陆辉华,葛锐,郝建奎,李彬,姜晓明. 现代物理知识. 2012(06)
[7]同步辐射水平偏转压弯镜面形误差分析与补偿[J]. 卢启鹏,高飒飒,彭忠琦. 光学精密工程. 2011(11)
[8]X射线衍射和散射光束线环面聚焦镜的面形精度与像差分析[J]. 黄志刚,董晓浩,高飞,徐朝银. 光学精密工程. 2004(01)
[9]X射线衍射和散射光束线设计[J]. 徐朝银,潘国强,吴冠原,王峰,赵飞云. 中国科学技术大学学报. 1999(02)
本文编号：3119548
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3119548.html
