同步辐射部分相干光传输模型的发展及应用
文献类型：学位论文
| 作者 | 任俊超 |
| 答辩日期 | 2021 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) |
| 导师 | 王勇 |
| 关键词 | 同步辐射 部分相干光 互强度 仿真模型 |
| 英文摘要 | 为了开展更前沿的实验方法应用,国际上开展了新一轮的自由电子激光和衍射极限环光源的建设和升级,二十多台具有高相干性的新光源正在建设或规划中。高相干性是自由电子激光和衍射极限环的一个重要特点,利用X光的高相干性,许多实验方法的性能得到了大幅度改进,提升了人们探索微观世界的能力。相干X光的广泛应用促进了高相干性光束线站的建设,也对束线设计提出了更高的要求,定量研究X光传播中相干性能的变化规律,并据此优化光束线设计,对于光束线的设计与建设是非常重要的。世界上较早发展的仿真模型有以几何光学为基础的SHADOW,其主要特点是起步早,传播模型的发展比较完善,运算速度快,但在相干光的处理方面无法满足新一代光源的束线设计需求。其它还有诸如SRW、XRT、HYBRID、COMSYL和PHASE等模型,面对高相干光源的设计仿真需求,都有各自的优势,但也都有不同的缺陷,无法满足高相干光束线设计仿真的全部需求。我们提出的MOI仿真模型是以统计光学为基础、用互强度描述部分相干光传输的光束线传输模型。利用有限元分析的方法将波前分割成多个小面元,根据菲涅尔积分计算部分相干光在每个小面元的互强度传播,然后将各个小面元的光学效果累积叠加,最终获得部分相干光在自由空间中的传播模型。在对小面元处理的过程中,认为小面元内部是全相干、等强度、等相位的。然而,由于同步辐射光波长一般为纳米量级,全相干和等强度条件容易满足,要满足等相位条件就需要分割过多的小面元分割,这无疑要求巨大的算力,无法满足使用过程中高效的设计要求。此处,我们引入面内波矢这一物理量,进一步发展了MOI模型,只需要较少的有限元分割,就能够获得更精确的计算结果,实现高效快速的模拟需要,使MOI模型具有更高的计算效率和精度。通过利用发展前后模型计算部分相干光在自由空间以及在带有面型的椭球柱面镜光学系统中传输结果的比较,验证了发展后MOI模型的优异特性,并且新模型能给出精确的面内波矢传播结果。利用发展后的MOI模型,研究了不同位置和开口的光阑对部分相干光的影响。相干度、强度和相位分布等信息都可以从互强度分布中提取,其中相位分布取决于孔径的大小和位置。结果表明,在优化的孔径尺寸和位置下,在椭球柱面镜焦平面可获得最宽的平面波分布。光束的相干性越好,孔径光阑对光束的作用能力就越大。还分析了孔径大小和位置对椭球柱面镜焦平面上强度和光斑大小的影响。通过优化光路,使焦平面出的平面波尺寸、光斑大小和强度之间取得平衡,以满足特定的实验需求。发展了部分相干光经过波带片的传输模型,并以上海光源08U1A软X射线扫描显微成像线站为例,分析了相干性对波带片显微成像的影响。结果表明,通过改变出射狭缝的大小可以调制入射到成像系统中光束的相干性,在实际成像过程中需要平衡相干性和光子通量才能实现高分辨率的STXM成像。 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/33891]  |
| 专题 | 中科院上海应用物理研究所2021-2022年 |
| 作者单位 | 1.中国科学院上海应用物理研究所 2.中国科学院大学; |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 任俊超. 同步辐射部分相干光传输模型的发展及应用[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所). 2021. |
入库方式： OAI收割
来源：上海应用物理研究所
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