同步辐射光学与技术  022M2003H

学期:2017—2018学年(春)第二学期 | 课程属性:一级学科普及课 | 任课教师:盛伟繁,李明
授课时间: 星期四, 第9、10、11节
授课地点: 教1-213
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16
课程编号: 022M2003H 课时: 40 学分: 2.0
课程属性: 一级学科普及课 主讲教师:盛伟繁,李明
英文名称: Synchrotron radiation optics and technology

教学目的、要求

本课程的目的是使学生较系统全面地了解与初步掌握同步辐射从光源产生到光束线及实验站调制的光学与技术。要求学生能有较清晰的物理图像和物理概念,学会一些基本的物理计算,并通过进一步查阅文献能够进行更复杂的分析与计算。

自从同步辐射发现几十年来,由于其应用在众多高科技领域中的弥足珍贵的性质,世界上的同步辐射装置如雨后春笋般地建设起来,直到现在仍在不断增加。目前已成为世界上数量最多的在线运行的大科学装置。随着同步辐射应用在数量和质量上的不断增长,同步辐射光源的高通量、高亮度及高相干性以及同步辐射光束线的高空间、角度、时间及能量分辨率等各项指标为高水平实验的需求。人们对于同步辐射在光源中的产生以及其在光束线及实验站中的调制也进行了大量系统深入的研究,并已成为一门新兴学科。同步辐射装置的设计、建造、运行、维护、管理以及应用的科研及工程人员来自四面八方、专业背景相去甚远,对同步辐射光源及束线光学与技术知识的缺乏往往成为他们实际工作的障碍。就笔者亲身体会,即使专业在同步辐射装置上工作的科研人员也很缺乏对同步辐射光学的较全面的了解,更罔论其他专业领域中同步辐射应用的人员了。本课程针对与同步辐射装置打交道的各类人员,可以作为将来专业从事同步辐射光学与工程的科研、工程人员的专业基础课程,也可以作为将会应用同步辐射于各个领域的研究人员的专业选修课程。 

预修课程

教 材

主要内容

第一章 同步辐射光源物理概论
第一节 同步辐射简史(1课时)
1、 同步辐射定义,名称由来及产生原理
2、 同步辐射主要特性
3、 同步辐射发展史
4、 同步加速器、储存环及束流物理
第二节 电子束横向运动(1课时)
1、 横向运动标准方程及其解
2、 横向震荡和工作点
3、 β函数、η函数和α因子
4、 横向运动图像及束流发射度
第三节 电子束纵向运动(1课时)
1、 纵向运动方程及其解
2、 纵向震荡
3、 纵向运动图像、束流能散度和束团长度
第四节 电子束团尺寸(1课时)
1、 同步辐射对束团的作用
2、 电子束团尺寸
第五节 电子束寿命(1课时)
1、 量子寿命
2、 散射寿命
3、 托歇克寿命
第六节 发射件及其同步辐射特性(4课时)
1、 弯铁
2、 Wiggler
3、 Undulator

第二章 X射线成像
第一节 X射线全反射 (2课时)
1、 全反射
2、 临界角
3、 反射率
第二节 X射线聚焦 (2课时)
1、 环面聚焦
2、 K-B聚焦
第三节 X射线成像 (1课时)
1、 像差
2、 面形误差

第三章 晶体单色器
第一节 晶体衍射理论 (3课时)
1、 晶体特征参数
2、 布拉格定律
3、 X射线衍射机理
4、 劳埃衍射
5、 布拉格衍射
第二节 光学图解法 (2.5课时)
1、 空间相位法
2、 光学图解在晶体单色器中的应用
3、 光学图解在束线系统中的应用
第三节 各种晶体单色器 (2.5课时)
1、 多晶衍射
2、 弯晶单色聚焦
3、 双晶单色器
第四章 光栅单色器
第一节光栅衍射理论 (4课时)
1、 光栅衍射
2、 光栅分光
3、 闪跃光栅
4、 衍射效率
5、 总传输效率
6、 衍射光学元件
第二节凹面光栅成像理论 (2课时)
1、 成像几何
2、 罗兰原理
第三节 各种光栅单色器 (3课时)
1、 正入射单色器
2、 掠入射单色器
3、 柱面元件单色器
4、 环面光栅单色器
5、 边线距光栅单色器
6、 平面光栅单色器
第五章 同步辐射探测 (3课时)
1、 BPM
2、 实验分析探测器
3、 标定与测量
第六章 光束线工程 (6课时)
1、 光束线设计
2、 前端区
3、 束线真空
4、 能量扫描
5、 压弯面形
6、 低温冷却

参考文献

《同步辐射光源物理引论》刘祖平中国科学技术大学出版社 2009
《神奇的光——同步辐射》冼鼎昌湖南教育出版社 1994
《Elements of Mordern X-ray Physics》 Jens Als-Nielsen 等 John Wiley & Sons, Ltd 2001
等等