衍射极限储存环的基本原理与技术

发布时间：2021-10-02 04:23

　　<正>一、粒子加速器与同步辐射光源的发展20世纪以来,人类社会生产力的飞跃进步与科学家们对物质微观构成和量子现象的深入认知紧密关联,而基于加速器的大科学装置已成为研究微观世界最重要的工具之一。科学家们在加速器上发展了现代核物理与粒子物理学科,之后,基于电子储存环的同步辐射光源又经历了三代的发展。第一代同步辐射光源"寄生"地利用高能物理实验储存环中产生的同步光。在此过程中,原来仅仅是高能物理加速器寄生产物的同步辐射日益受到重 

【文章来源】：现代物理知识. 2020,32(03)

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

世界同步辐射光源的分布（图片来自:New generation of light sources:Present and future-Scientific Figure on ResearchGate.[Accessed 18 Nov,2019])

第二个概念是“衍射极限”。简单来说，当束团发出同步辐射光的时候，我们可以近似地将束流横向发射度比拟为光源的尺寸，这样一来，对于指定波长λ，当发射度?≤λ/(4π)时，可以把光源看作是“点光源”，所发出的光相干性已经达到最佳程度，再缩小光斑尺寸对提高相干性没有帮助。这个限制的本质是由测不准原理导致的光的衍射极限，因此我们将发射度?≤λ/(4π)的同步辐射光源称为衍射极限储存环光源。显然，由上面的解释，对应不同的同步辐射光波长，就应该有不同的“衍射极限储存环光源”。例如，对于正在开展预先研究中的合肥先进光源HALF来说，它的自然发射度是0.085 nm·rad，因此，对于波长1 nm以上的同步光(主要是真空紫外到软X射线)，它的相干性是最好的；而它提供的波长0.3～1 nm的中能X射线也有良好相干性。另一方面，我们定义同步辐射光源的亮度为单位时间、单位方位角、0.1%带宽上的光子数，直观地说，好比一个手电筒，光斑越“会聚”，则越“亮”，同步辐射光源的亮度反比于束流发射度的平方。因此，衍射极限储存环光源相比第三代同步辐射光源发射度降低一个数量级，亮度也就提高了100倍。

显然，由上面的解释，对应不同的同步辐射光波长，就应该有不同的“衍射极限储存环光源”。例如，对于正在开展预先研究中的合肥先进光源HALF来说，它的自然发射度是0.085 nm·rad，因此，对于波长1 nm以上的同步光(主要是真空紫外到软X射线)，它的相干性是最好的；而它提供的波长0.3～1 nm的中能X射线也有良好相干性。另一方面，我们定义同步辐射光源的亮度为单位时间、单位方位角、0.1%带宽上的光子数，直观地说，好比一个手电筒，光斑越“会聚”，则越“亮”，同步辐射光源的亮度反比于束流发射度的平方。因此，衍射极限储存环光源相比第三代同步辐射光源发射度降低一个数量级，亮度也就提高了100倍。在亮度迅速提升的同时，对于束流发射度小于其波长/(4π)的同步辐射光，可以认为其横向全相干，高亮度、高度相干的光源对于多种前沿学科的研究有极其重要的作用。同时，作为可以长期存储束流的环形加速器，衍射极限储存环可以支撑远多于直线加速器的实验线站数量。上述三者是衍射极限储存环光源的最大优势。

【参考文献】：
期刊论文
[1]衍射极限储存环物理设计研究进展[J]. 焦毅,徐刚,陈森玉,秦庆,王九庆.  强激光与粒子束. 2015(04)



本文编号：3417999