高线密度X光透射光栅衍射效率

高线密度X光透射光栅是各种高分辨光栅摄谱仪的核心色散元件,为了获得较高的光谱分辨率,工作在2~5 keV能区的光谱仪需要使用5000 l/mm的X射线透射光栅。为了获得光栅的绝对衍射效率,采用同步辐射光在多个能点对5000 l/mm的X光透射光栅进行衍射效率实验标定,通过光栅相对衍射效率拟合获得了光栅结构参数,与光栅结构测量结果非常接近。然后,采用衍射效率的矩形栅线模型,计算得到了光栅的绝对衍射效率。     

平面镜反射率的标定及修正

 研究了用同步辐射源标定软X光掠入射平面镜的反射率。实验采用北京同步辐射装置(BSRF)-3W1B束线及反射率计靶室，在50~1 500 eV能区，做了C，Si，Ni和Au材料平面镜在1°~7°掠射角下的反射率标定曲线。由于3W1B束线的单色器采用变间距光栅作色散元件，光栅分光必然存在高次谐波，高次谐波严重影响光源的单色性，从而给平面镜的反射率标定值带来误差。前置滤片虽然能有效抵制高次谐波，但不能完全消除高次谐波。为此，利用透射光栅对光源做了单色性研究，给出高次谐波在不同能区所占光源强度的比例，从而对平面镜反射率标定值做出修正。     

透射光栅衍射效率研究

透射光栅广泛应用于 X光能谱测量 ,为获得定量的 X光能谱 ,首先在北京同步辐射源上对透射光栅的衍射效率在多个入射 X光能量点进行了实验标定 ,获得了透射光栅衍射效率的实验结果。为模拟透射光栅衍射效率实验标定结果 ,发展了一个新的透射光栅衍射效率计算模型 ,该模型不同于国外已发展的矩形栅线模型和梯形栅线截面模型 ,而是假设透射光栅栅线具有准梯形截面。模型计算结果与实验标定结果符合很好。     

X射线二极管阴极灵敏度测量及其不确定度分析

 在北京同步辐射装置上,利用经过标定的硅光二极管作为标准探测器,对金、铝两种阴极的X射线二极管灵敏度进行了绝对测量。由于光源中二次谐波的影响,会造成计算所得的灵敏度降低。为了消除二次谐波的影响,实验中采用透射光栅对光源的二次谐波份额进行测量,并以此为依据对计算所得的灵敏度进行修正。通过光阴极次级电子发射模型对二次电子转换效率进行了分析,并且利用分析结果对缺省能点的阴极灵敏度进行了计算。同时对影响灵敏度计算的各种因素进行分析,最终得到的X射线二极管光阴极灵敏度的相对不确定度小于3%。     

软X射线能谱定量测量技术研究

采用每毫米1000线的自支撑透射光栅配上背照射软X射线CCD(charge coupled device)组成了透射光栅谱仪,利用北京同步辐射装置(BSRF)3W1B光束线软X射线实验站上X射线源分别对透射光栅的衍射效率和软X射线CCD的响应灵敏度进行了准确的实验标定,获得了150eV到1500eV能区的绝对衍射效率和响应灵敏度的实验结果;同时在国内外研究工作的基础上,发展了自己的透射光栅衍射效率理论计算模型和X射线CCD响应灵敏度计算模型,开展了相应的理论计算和实验标定结果比对工作,理论和实验符合较好,     

X射线CCD标定及模拟

 在北京同步辐射光源4B7B实验站上,采用透射光栅配X射线电荷耦合元件(CCD)的方法对单色光进行了检验,在优化高次谐波抑制方法后,开展了X射线CCD的灵敏度标定实验研究;在标定数据处理过程中,提出了等效曝光时间的概念,修正了快门开合造成的曝光时间误差。标定实验获得了100~1 500 eV能区CCD的灵敏度,补充了300~600 eV能区CCD灵敏度标定数据,验证了简化模型的正确性。     

用于检测光栅线密度的长程面形仪系统

衍射光栅已被广泛应用于同步辐射光源软X射线与真空紫外光栅单色器中,光栅线密度偏差会直接影响单色器的性能。为了检测光栅线密度的偏差,本文在合肥先进光源预研过程中搭建了长程面形仪(LTP)系统。使用自准直仪对LTP检测光栅系统在26μrad内的检测精度进行了标定。利用LTP对自主研制的760 line/mm与2400 line/mm等间距光栅进行线密度均匀性检测,使用干涉仪对760 line/mm光栅进行0级与1级衍射波前检测,并将检测结果与LTP测量结果进行比较。结果表明:系统标定的均方根误差为30 nrad,与干涉仪检测结果相比,两者同位置处的高度轮廓曲线具有较好的一致性。这说明搭建的LTP系统具有较高精度的检测光栅线密度的能力,为检测同步辐射光栅线密度的变化提供了平台。     

透射光栅的实验标定和衍射效率的理论模拟

透射光栅广泛应用于软X射线能谱测量.为了获得用于惯性约束聚变研究的透射光栅的各级衍射效率及其他参数,在北京同步辐射源上200—1600 eV能量范围内对其进行了标定,获得了透射光栅衍射效率的实验结果.扩展了透射光栅衍射效率的计算方法,提出了7边准梯形截面衍射效率计算模型.分析拟合了实验数据,理论结果与实验结果很好符合.得到了7边准梯形的透射光栅栅线截面结构. 关键词： 透射光栅 衍射效率 实验标定 光栅模型     

大面积10000线/毫米软X射线金属型透射光栅的设计、制作与检测

基于严格的矢量耦合波理论,优化设计了用于13.4nm软X射线干涉光刻的透射型双光栅掩模版. 采用电子束光刻技术,在国内首次成功制作了周期为100nm的大面积金属型透射光栅.光栅面积为1.5mm ×1.5mm,Cr浮雕厚度为50nm,Gap/period为0.6,衬底Si₃N₄厚度为100nm. 此光栅将用于上海光源软X射线干涉光刻实验站.利用其1级衍射光和2级衍射光将可以经济高效地制作周期为50和25nm的大面积周期结构.最后,测量了该光栅对波长为13.4nm 同步辐射光的衍射光强度,并且推算得出该光栅的1级和2级衍射效率分别为4.41%和0.49%,与理论设计值比较符合.实验结果与理论模拟结果的对比表明该光栅侧壁陡直,Gap/period的控制也与设计值符合. 关键词： 软X射线金属型透射光栅 严格耦合波方法 衍射效率 软X射线干涉光刻     

1000线/毫米软X射线自支撑闪耀透射光栅的设计与制作

基于标量衍射理论讨论了软X射线自支撑闪耀透射光栅的特性并设计了光栅的结构参数. 采用全息光刻和湿法腐蚀技术, 成功制作了周期1 μm、占空比0.1---0.2、高宽比约100、栅线厚度10 μm、 有效面积比为65%的自支撑闪耀透射光栅. 单元尺寸为15mm× 15mm的硅绝缘体上含有四个5 mm× 5 mm的自支撑闪耀透射光栅窗口. 在国家同步辐射实验室检测了该光栅在5---50 nm波长范围内的衍射效率. 波长扫描测量结果表明, 闪耀效应明显地发生在类似镜面的光栅侧壁镜面反射方向上, 闪耀级次位置及其特征与标量理论预测的一致. 衍射效率的实测结果基本与理论模拟符合, 只是因光栅结构上的缺陷致使衍射效率偏低, 峰值只有理论值的38---49%. 实验结果证明了闪耀透射光栅的概念和湿法制作工艺的可行性.     

Extending the High-Order Harmonics Plateau and Isolated Attosecond Pulse Generation in an Intense Three-Color Laser Field

We propose a method to extend the high-order harmonics plateau and generate an isolated sub-10-as pulse by adding a weak control pulse (10 fs, 1600 nm) to modify a two-color laser field (5 fs, 800 nm; 10 fs, 400 nm). The numerical results show that the plateau is extended obviously in the three-color laser field regime. Additionally, the ionization rate and classical returning kinetic-energy maps are calculated to better understand the physical origin of the high-order harmonics generation (HHG). By means of the ionization probability and the time-frequency distributions, more features of the HHG are revealed. Furthermore, our simulations show that the width of the plateau and the relative conversion efficiency of the harmonic spectra are highly dependent on the relative phase. Finally, by adjusting the relative phase and superposing a properly selected range of the HHG spectrum, an isolated attosecond pulse with a duration of 7 as is obtained.     

激光驱动晶体发射低阶谐波强度随激光波长的变化规律

通过数值求解激光驱动下电子在一维周期势场中运动的薛定谔方程,研究了晶体在激光场中发射的低阶谐波强度随激光波长的变化规律,结果表明,晶体发射低阶谐波强度随激光波长的变化规律与晶体发射高次谐波第一平台区域的变化规律不同.已有的研究表明晶体发射高次谐波第一平台区域的强度会随激光波长的增加而衰减,而我们发现晶体发射低阶谐波的强度会随激光波长的增加而增加.通过对晶体发射低阶谐波的时频分析、晶体价带能量变化与激光光子能量的关系,解释了晶体发射低阶谐波强度随激光波长增加而增加的原因.     

受迫薛罗格双匣化学反应模型的随机共振

为了在理论上揭示高斯白噪声激励的薛罗格双匣化学反应模型对弱周期扰动的线性与非线性响应 ,分四态近似和两态近似两种情形 ,基于绝热近似与速率方程方法 ,解析导出线性的和非线性的敏感性以及信噪比的表达式 ,并与数值模拟结果进行比较 ,在一次谐波的意义上得到了解析结果与数值模拟结果的定量一致性 .理论上讲 ,该模型只能表现出奇次谐波的随机共振 ,但数值模拟结果也出现了二次谐波的随机共振 ,其原因可能归结为在数值模拟中有限频率的截断引入了误差 ,也可能归结为信号的高次谐波与背景噪声难以区分所致 .     

偶次和半整数次谐波的产生

用数值求解一维含时薛定谔方程的方法计算了由频率分别为ω及１．５ω的激光组成的双色场２作用下的模型原子产生的高次谐波谱。发现由于双色场的相干效应,在其谐波谱中不仅产生了奇次谐波,还产生了偶次谐波和半整数次谐波。分析了各次谐波产生的原因以及对谐波转化效率产生影响的主要因素。     

Time-compensated grazing-incidence monochromator for extreme-ultraviolet and soft X-ray high-order harmonics

The use of a grating monochromator for the selection of one or more high-order laser harmonics produced by a femtosecond pulse interacting with a gas jet may alter the duration of the pulse itself. This is due to the differences in the optical paths of the rays caused by ordinary diffraction when a grating is used. The time stretching can be almost eliminated by using two gratings in time-compensated configurations. Unfortunately, the classical diffraction mounting has low efficiency, overall in the extreme-ultraviolet region. High broadband efficiency can be obtained by using the conical diffraction mounting. A time-compensated monochromator with toroidal gratings used in conical diffraction is here presented. It is shown that the time compensation is very effective in a broad spectral region, ranging from VUV to soft X-rays, with much higher efficiency than the classical diffraction mounting. PACS 42.65.Ky; 42.79.Dj; 42.65.Re; 41.85.Si     

W波段磁控管型高次谐波潘尼管的研究与设计北大核心CSCD

针对在高频率、高效率、低磁场及低电压工作方面具有自身独特优势的磁控管型高次谐波潘尼管进行了研究与设计。通过对磁控管型谐振系统的研究,指出了工作在高次谐波时谐振系统设计与谐波次数选择的问题。在此基础上完成了对采用11腔、工作在2π模式的高次谐波潘尼管的设计。3维粒子仿真和优化的结果表明:该器件可以在磁场为0.379T、工作电压为30kV、工作电流为1A、横纵速度比为2的条件下,在W波段(99.1GHz)得到8.6kW的功率输出,相应的束波转换效率达28.7%。     

高阶相对论谐波辐射的理论研究

对短脉冲强激光在非稠密均匀等离子体中传播时产生的相对论相干谐波辐射进行了一般性研究．在准稳态近似（ｑｕａｓｉｓｔａｔｉｃ ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ）下得出ｎ阶谐波包络的演化方程，并用此方程研究了ｎ阶谐波的增长与饱和及转化效率等问题     

Laser radiation frequency conversion in carbon- and cluster-containing plasma plumes under conditions of single and two-color pumping by pulses with a 10-Hz repetition rate

This work reviews a series of investigations of different plasma plumes using single- and two-color laser systems that emit femtosecond pulses with a 10-Hz repetition rate. Results of investigation of the resonant enhancement of harmonics in tin plasma with the use of two types of pumps are analyzed, and it is shown that the tuning of the wavelengths of harmonics to ion-resonance levels plays an important role in increasing the conversion efficiency to high-order harmonics of the radiation to be converted. Investigations of different carbon-containing plasma media (carbon nanotubes, graphite, carbon aerogel, etc.) exhibit attractive properties of the nonlinear medium of this type for efficient generation of high-order harmonics. The results of the first experiments on the use of nanoparticles produced directly in the course of laser ablation of metals for increasing the efficiency of harmonics generated in this cluster-containing medium are analyzed. It is shown that new approaches realized in these investigations give hope that the nonlinear optical response of plasma media in the far-ultraviolet range can be further increased.     

正交偏振双色激光场作用下高次谐波的椭偏特性研究

通过数值求解二维含时薛定谔方程，理论研究了正交偏振双色激光场作用下H2+分子高次谐波发射和孤立阿秒脉冲的产生. 数值结果显示，改变激光场的强度比，可以调控高次谐波强度以及谐波椭偏率. 结果表明随着场强比的增加，y方向的谐波强度不断提高. 当场强比为1:2.5时，x方向和y方向分别仅有奇次谐波和偶次谐波产生，并且偶次谐波的强度比奇次谐波强度高2-3个数量级. 此时，奇次谐波的椭偏率最大可以达到0.3，偶次谐波的椭偏率接近于0. 此外，通过改变分子的准直角可以控制谐波的椭偏率，基于这一现象，利用椭圆偏振高次谐波的平台区合成了椭偏率为0.05的椭圆偏振阿秒脉冲链.     

Higher order harmonics suppression in extreme ultraviolet and soft x-ray

The extreme ultraviolet and soft x-ray sources are widely used in various domains. Suppressing higher order harmonics and improving spectral purity are significant. This paper describes a novel method of higher order harmonics suppression with single order diffraction gratings in extreme ultraviolet and soft x-ray. The principle of harmonic suppression with single order diffraction grating is described, and an extreme ultraviolet and soft x-ray non-harmonics grating monochromator is designed based on the single order diffraction grating. The performance is simulated by an optical design software. The emergent beams of a monochromator with different gratings are measured by a transmission grating spectrometer. The results show that the single order diffraction grating can suppress higher order harmonics effectively, and it is expected to be widely used in synchrotron radiation, diagnostics of laser induced plasma, and astrophysics.