同步辐射光源的亮度有不同的表述方式,最常用的光源亮度定义为每秒、 单位光源面积、0.1%能量带宽、在单位立体角内发出的光子数,因此亮度单位 可表述为:光子数/(mm)2·( milliradian)2sec·(0.1% bandwidth)。同步辐 射光源亮度及与其它一些光源的比较如图3和图5所示。图5中同步辐射光源 弯转磁铁( Bending Magnets)和波荡器( Undulator)的亮度是美国ALS的数 据,分别约为105和1020亮度单位,而太阳辐射的亮度则为10°亮度单位, 实验室X光管的亮度在10和10亮度单位之间。图中LCLS( Linac coherent Light Source),即直线加速器相干光源,我们在2.4.1节中将作介绍,这是 目前正在设计建造的基于直线加速器的第四代光源,其亮度预计可高达104亮 度单位以上。 4S魔 8888EE82包 Undulators Bending Magnets 心 图5同步辐射光源与其它一些光源的亮度比较
11 同步辐射光源的亮度有不同的表述方式，最常用的光源亮度定义为每秒、 单位光源面积、0.1%能量带宽、在单位立体角内发出的光子数，因此亮度单位 可表述为：光子数/(mm)2 •(milliradian)2 •sec • (0.1% bandwidth)。 同步辐 射光源亮度及与其它一些光源的比较如图 3 和图 5 所示。图 5 中同步辐射光源 弯转磁铁（Bending Magnets）和波荡器（Undulator）的亮度是美国 ALS 的数 据，分别约为 1015 和 1020 亮度单位，而太阳辐射的亮度则为 1010 亮度单位， 实验室 X 光管的亮度在 108 和 1010亮度单位之间。图中 LCLS（Linac Coherent Light Source）,即直线加速器相干光源，我们在 2.4.1 节中将作介绍，这是 目前正在设计建造的基于直线加速器的第四代光源，其亮度预计可高达 1024亮 度单位以上。 图 5 同步辐射光源与其它一些光源的亮度比较[6]
前面已述,在储存环中电子以电子束团形式存在,因此同步辐射具有时间 结构,是光脉冲。束团都有一定的长度,通常为几个厘米,相应的光脉冲的脉 宽为100ps量级(常常用光脉冲的宽度来表示束团的长度,例如可以说,束团的 长度为100ps)。束团不能太短,否则不稳定。为了得到更窄的光脉冲,在 Advanced light Source(ALS)实验室,人们利用飞秒激光与储存环中电子束团的 相互作用,可以从电子束团中“切”出很薄的电子束“片”,可获得亮度虽比 FEL辐射低,但是脉宽窄到300fs(目前正在向100fs逼近)的超快X射线同 步辐射切,对开展时间分辨的动力学研究提供了强有力的工具。图6是获得fsX 光脉冲的原理图,一个fs激光脉冲与长度为30ps的电 Mirror X-Rays Femtosecond Femtosecond Femtosecond aser Pulse Electron bunch X-Rays Electron-Photon Spatial Separation Bend-Magnet Interaction in Wiggler Dispersive Bend 图6产生飞秒X光脉冲装置的示意图 子束团在插入件 Wiggle中相互作用,束团中的电子有的从光场得到能量,有的 失去部分能量,并在空间上受到调制,当经过弯转磁铁时,一片厚度相当于fs 的微束团被分离出来,因而可以获得fsX光脉冲
12 前面已述，在储存环中电子以电子束团形式存在，因此同步辐射具有时间 结构，是光脉冲。束团都有一定的长度，通常为几个厘米，相应的光脉冲的脉 宽为 100ps 量级(常常用光脉冲的宽度来表示束团的长度，例如可以说，束团的 长度为 100ps)。束团不能太短，否则不稳定。为了得到更窄的光脉冲，在 Advanced Light Source(ALS)实验室,人们利用飞秒激光与储存环中电子束团的 相互作用，可以从电子束团中“切”出很薄的电子束“片”，可获得亮度虽比 FEL 辐射低，但是脉宽窄到 300 fs（目前正在向 100fs 逼近）的超快 X 射线同 步辐射[7]，对开展时间分辨的动力学研究提供了强有力的工具。图 6 是获得 fs X 光脉冲的原理图，一个 fs 激光脉冲与长度为 30ps 的电 图 6 产生飞秒 X 光脉冲装置的示意图[7] 子束团在插入件 Wiggle 中相互作用，束团中的电子有的从光场得到能量，有的 失去部分能量，并在空间上受到调制，当经过弯转磁铁时，一片厚度相当于 fs 的微束团被分离出来，因而可以获得 fs X 光脉冲
23同步辐射装置:光束线、实验站 高能电子在电子储存环的优于10Pa(帕)的超高真空中运行,得到的同步 辐射如何从电子储存环中引岀,并根据不同的应用研究领域和实验需要,得到 或单色光、或白光、或偏振光,这就需在电子储存环的切向管壁加工称为前端 的引出口,并设计光束线,光束线的作用主要是选择同步光的能量范围、分光和 聚焦。光束线有很多种不同的类型,在真空紫外(WV)波段,用光栅作分光元 件,在X光波段则用Si或Ge单晶作分光元件。国家同步辐射实验室WV光谱 实验站的光束线采用的是Seya- Namioka型真空紫外光栅单色器,如图7a所示。 图7b则是 SPring-8编号为BL01B1的XAFS光束线示意图,用的是Si平面双 晶单色器 b 47.2(m) Optical Layout for energy range less than 60 kev 图7光束线示意图,a:NSRⅦ光谱光束线,SR:储存环;G:光栅M1:前置镜 M2:后置镜;b: SPring-8工作在硬Ⅹ射线波段的BL01B1光束线,图中数字为 离光源点的距离,单位为米呵 光束线的末端则与实验站相连。在实验站内配置实验研究所需的仪器设备
13 2.3 同步辐射装置：光束线、实验站 高能电子在电子储存环的优于 10-7Pa(帕)的超高真空中运行,得到的同步 辐射如何从电子储存环中引出，并根据不同的应用研究领域和实验需要，得到 或单色光、或白光、或偏振光，这就需在电子储存环的切向管壁加工称为前端 的引出口,并设计光束线，光束线的作用主要是选择同步光的能量范围、分光和 聚焦。光束线有很多种不同的类型，在真空紫外（VUV）波段，用光栅作分光元 件，在 X 光波段则用 Si 或 Ge 单晶作分光元件。国家同步辐射实验室 VUV 光谱 实验站的光束线采用的是 Seya-Namioka 型真空紫外光栅单色器，如图 7a 所示。 图 7b 则是 SPring-8 编号为 BL01B1 的 XAFS 光束线示意图，用的是 Si 平面双 晶单色器。 a b 图 7 光束线示意图，a： NSRL VUV 光谱光束线，SR:储存环;G:光栅 M1:前置镜 M2:后置镜；b：SPring-8 工作在硬 X 射线波段的 BL01B1 光束线，图中数字为 离光源点的距离，单位为米[5]。 光束线的末端则与实验站相连。在实验站内配置实验研究所需的仪器设备