部分相干光在同步辐射光束线中的传播及应用研究
孟祥雨
学位类型博士
导师王勇
2018
学位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)
关键词同步辐射光束线 部分相干光 互强度 传播模型
摘要高相干性是第三代光源和自由电子激光的一个重要特点,被广泛应用于不同科研领域中,包括相干衍射成像、X射线干涉光刻、X射线光子关联谱以及X射线全息成像等。同步辐射在基础和应用研究中不可替代的作用,促使世界各国不断建设新的同步辐射装置。随着同步辐射技术的发展,光束的相干性也越来越高,在光束线的设计中迫切需要分析传播过程中相干性的变化。本文从统计光学出发,建立了一个研究部分相干光在光束线中的传播模型—MOI模型。该模型利用互强度描述部分相干性,能够定量分析互强度经过光束线的传播。该模型分割波前为大量小面元,由于小面元尺寸远小于光斑尺寸和相干长度,可以认为小面元内的振幅和相位处处相等,而且是全相干。利用菲涅尔积分计算每个小面元的传播,然后对所有小面元结果进行叠加,最终得到自由空间的相干性传播;采用静态相位法处理经过镜面的传播,利用相位偏移描述反射镜面型误差对波前的影响,最终获得经过真实光学元件的传播模型。考虑材料折射率对X射线吸收和相位调制,建立了透射式光栅传播模型。在上海光源BL08U1A的STXM实验站开展方孔菲涅尔实验,测量实验站的相干长度,并与MOI模型进行比较,验证了模型的正确性。利用MOI模型分析部分相干光经过真实镜子的传播,并与SRW模型和Hbyrid模型进行比较。利用MOI模型分析相干性对双光栅曝光图形的影响,包括光源的相干长度、双光栅的间距和曝光焦深;结果表明光栅的有限尺寸会产生菲涅尔衍射,使条纹强度分布不均匀,但是条纹周期和对比度保持不变。对MOI模型和RCWA模型进行比较,分析相位光栅衍射效率随材料和光栅厚度的变化。利用MOI模型定量计算不同光束线站的相干性传播,包括上海光源软X射线扫描显微成像(STXM)光束线站,软X射线干涉光刻(XIL)光束线和膜蛋白(MX)光束线站,上海光源自由电子SASE光束线,以及美国APS光源In-Situ Nanoprobe等光束线。无论光源的相干性低或者高,MOI模型都能够给出比较精确的结果。通过优化小面的分割次数,可以选择提高计算效率或者精度。另外,MOI模型不仅提供光强信息,还能直接提供相位以及相干性分布。这些特点表明MOI模型是一个非常适用于同步辐射束线设计的部分相干光分析模型。
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/28486
专题中科院上海应用物理研究所2011-2018年
作者单位中国科学院上海应用物理研究所
推荐引用方式
GB/T 7714
孟祥雨. 部分相干光在同步辐射光束线中的传播及应用研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所),2018.
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