CAS OpenIR  > 中科院上海应用物理研究所2011-2020年
基于加速器的带轨道角动量X射线相关探索研究
耿和平
Subtype博士
Thesis Advisor赵振堂
2020-08-01
Degree Grantor中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
Keyword涡旋光 带轨道角动量的X射线 自由电子激光 激光康普顿散射 奇异光学
Abstract带轨道角动量(Orbital Angular Momentum-OAM)的涡旋光束具有的特点是其相位Φ会沿着传播方向的轴线关于方位角φ呈现螺旋形结构分布Φ=lφ,存在相位奇异点,并且每个光子带有lh的轨道角动量。可见光波段的带轨道角动量涡旋光在微观操控、微型机械、成像、通讯、量子纠缠等方面已经有很广泛的应用。随着第四代光源——X射线自由电子激光(X-ray Free-Electron Lasers-XFELs)的蓬勃发展,XFEL产生的这种具有超高峰值亮度、超短脉冲以及极好相干性等优越特点的X射线可以在超小空间(nm)和超快时间(fs)尺度下探测物质结构,并在原子分子物理、凝聚态物理、结构生物学、表面催化与超快化学、材料科学等前沿科学领域有不可替代的重要作用。将具有独特性质的带轨道角动量涡旋光拓展到X射线波段甚至γ射线波段,可以有效结合两者特点,在近几年已经成为国际上热门的研究课题,带轨道角动量X射线(X-ray Carrying OAM-XOAM)在衍射成像、超快磁学、X射线轨道圆二色谱学等方面有着卓越的应用前景。据此,我们提出基于上海软X射线自由电子激光装置(the Shanghai Soft X-ray FEL-SXFEL)产生XOAM的方案。本方案的创新点主要有:1、根据国内外产生OAM现有方法,分析总结出最适合SXFEL来产生XOAM的方法;2、提出了在SXFEL现有SASE装置后端直接添加两段螺旋型波荡器的方法来产生XOAM,能够降低成本,并且提高效率;3、使用本方案能够产生用于研究磁性材料磁结构尺寸的高能量(波长约为~1 nm)的XOAM射线。在方案设计过程中,我们总结目前国内外产生XOAM的各个方法,并对本方案的理论过程进行了较为深入的研究,通过模拟计算得到了稳定性好、波长为~1 nm的XOAM。为了使装置小型化,能在实验室产生高能量的XOAM,我们结合激光康普顿散射(Laser Compton Scattering-LCS)方法,使用圆偏振激光与相对论性电子相对碰撞时的LCS的非线性过程,通过理论分析和模拟计算,得到了 keV量级的X射线涡旋光。为后期实验室开展高能量X/γ射线涡旋光的科学应用提供可能性。
Pages130
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/32442
Collection中科院上海应用物理研究所2011-2020年
Affiliation中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
First Author Affilication中国科学院上海应用物理研究所
Recommended Citation
GB/T 7714
耿和平. 基于加速器的带轨道角动量X射线相关探索研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所),2020.
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