基于近场外差散斑的自由电子激光横向相干性测量的研究

发布时间：2021-03-30 23:13

　　X射线自由电子激光（XFEL）具有飞秒级超短的脉冲时间结构,极高的亮度,以及极高的相干度。这些特性使得XFEL正被应用到各领域最前沿的研究中,如材料科学、环境科学、结构生物学等。伴随着XFEL在这些领域的广泛应用,其相干性研究也逐渐成为国际上的热点问题。目前测量XFEL横向相干性的实验方法主要分为两类:分波前干涉法,如杨氏双缝干涉、光栅干涉等。此类方法可直接获得光的相干性信息,但需多次改变实验参数,如双缝间距,探测距离等,以此获得空间不同位置的相干性;强度关联法,如Hanbury Brown-Twiss强度干涉仪。这种方法的测量系统简单,只需测量光的强度分布,但无法实现单发脉冲横向相干性测量,同时光强度分布容易受到光学元件表面粗糙度及其安装精度的影响。为改善这些方法的缺点,本论文主要在理论上探究基于近场外差散斑方法的XFEL单发脉冲横向相干性获取,同时提出适用于XFEL近场外差散斑提取的方案,并仿真验证了方案的合理性。论文首先结合上海软X射线FEL用户装置的设计参数,模拟分析了自放大自发辐射（SASE）模式下XFEL辐射光场的特点,并在此基础上首次在理论上研究外差散斑方法获取XFEL横... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)上海市

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

杨氏双缝实验[12]

散斑方法于近场外差散斑法，探究用简单系统同时获取 XFEL 单发方案。近场外差散斑方法类似杨氏双缝是一种分波前干涉被M.D.Alaimo等人提出并用于同步辐射横向相干性测量[1见光波段 FEL 横向相干性实验测量上[20]。照射在单个纳米粒子上时，粒子散射出球面波。在探测器较强的透射波相干叠加产生干涉条纹。测量干涉条纹可见光场与周围其他所有位置光场的相干性。原则上只需测量见度即可获取光场二维相干性信息，但单粒子干涉信号太图 1.5 FLASH 上的 HBT 实验[6]Figure 1.5 HBT experiment from FLASH

.1 近场外差散斑法的优点近场外差散斑测量横向相干性有许多优势：（1）测量装置简单，不要求严格的光学准直，不需要特殊的光学器件。该方法显著的优势在于其统计性，获得的复相干函数是所有粒子位置复相干函数的平值。（2）运动的布朗纳米粒子减少了由辐射脉冲引起的样品损坏，便于脉冲相干性累积测量，同时因静态信号以及杂散信号基本不随时间变化或随时变化较慢，态粒子的选择有利于剔除这些信号，只保留外差散斑信号等。（3）近场外差散斑利用散射球面波外差调制透射波获得光场的二维相干性信息图 1.6 近场外差散斑测量横向相干性[21]Figure 1.6 Near-field heterodyne speckle for transverse coherence(a)近场外差散斑强度分布(b)散斑的功率谱分布


本文编号：3110315