一种获取同步辐射部分相干光的传播特性的方法技术

本发明专利技术提供一种获取同步辐射部分相干光的传播特性的方法，包括：1、将物面、像面、以及光学元件的入射面和出射面平均分为M*N个小面元；2、测量部分相干光在物面上的互强度分布，通过离散化模型获取部分相干光从物面传播到光学元件入射面上的互强度分布；3、获取光学元件的振幅透过率分布，并根据入射面互强度分布和振幅透过率分布获取部分相干光从光学元件入射面传播到光学元件出射面上的互强度分布；4、通过离散化模型，根据出射面互强度分布获取部分相干光从同步辐射光学元件出射面传播到像面上的互强度分布；5、根据像面互强度分布获取部分相干光的传播特性。本发明专利技术能够准确地实现部分相干光经过同步辐射光学元件的传播特性模拟。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及同步辐射
，尤其涉及一种获取同步辐射部分相干光的传播特 性的方法。
技术介绍
同步辐射技术在现代科学中的应用越来越广泛，越来越多的同步辐射装置相继建 立起来，而且对同步辐射性能的要求也越来越高。经过三代同步辐射的发展，目前世界上的 同步辐射装置有70余台，其中第三代同步辐射装置有25台，并且还在不断建设中。在光束 线建设中，需要了解具有相干性的X光经过光束线传播之后相干性能的变化，从而优化具 体的光束线设计。目前，技术人员已经开发设计了 一些模型和软件来模拟分析X光在光束 线中的传播。 例如，文献1【同步辐射光束线中部分相干光的传播研究，作者：孟祥雨；郭春磊； 王勇；吴衍青；邰仁忠刊名：光学学报出版日期：2013期号：第7期页码：318-325ISSN: 02532239】提出了一种模拟同步辐射部分相干光的传播特性的离散化模型，其特点是基于 统计光学理论，建立适用于同步辐射软X射线的部分相干光的传播模型。该模型利用互强 度描述部分相干光，并采取分割波前以及互强度叠加的方法以及合理的近似，以定量分析 部分相干光传播一定距离之后相干性能的变化，以及传播距离、光源相干长度、光源尺寸等 因素对相干性能的影响。然而，该模型只能模拟部分相干光在自由空间或者经过狭缝调制 后的传播，并不能分析其经过聚焦反射镜、光栅、波带片等同步辐射光学元件对相干性的影 响。 又如，ESRF(欧洲同步辐射光源）的SHAD0W3软件能够分析部分相干光经过同步辐 射光学元件的传播特性，其原理是利用互强度描述部分相干光，并将物面的互强度分解成N 个复振幅叠加的形式，以计算每个复振幅经过光学元件的传播，然后再将传播后的复振幅 叠加成互强度，最终得到像面上的互强度分布。然而，该软件将物面的互强度分解成N个复 振幅叠加的形式为近似处理，并不能准确地描述部分相干光在物面上的互强度分布。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术提供一种获取同步辐射部分相干光的传播特性 的方法，以更加准确地实现部分相干光经过同步辐射光学元件的传播特性模拟。 为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案： -种获取同步辐射部分相干光的传播特性的方法，用于获取部分相干光经过同步 辐射光学元件的传播特性，包括确定所述部分相干光的物面和像面，还包括以下步骤： 步骤1，将所述物面、所述像面、以及所述同步辐射光学元件的入射面和出射面平 均分为M*N个小面元，其中，M表示行数，N表示列数； 步骤2,测量所述部分相干光在所述物面上的物面互强度分布，然后通过离散化模 型，根据所述物面互强度分布获取所述部分相干光从所述物面传播到所述同步辐射光学元 件的入射面上的入射面互强度分布； 步骤3,获取所述同步辐射光学元件的振幅透过率分布，并根据式（4)获取所述部 分相干光从所述同步辐射光学元件的入射面传播到所述同步辐射光学元件的出射面上的 出射面互强度分布： J(Mxj,Mkl) =t(Mxj)t* (Mkl)J(Qxj,Qkl) (4)， 在式（4)中，表示所述同步辐射光学元件的出射面上的第i行j列小面 元的中心点^与第k行1列小面元的中心点Mkl的互强度，KQvQkl)表示所述同步辐射 光学元件的入射面上的第i行j列小面元的中心点％与第k行1列小面元的中心点Qkl的 互强度，t(M^)表示所述点^的振幅透过率，表示所述点Mkl的振幅透过率的共辄， 其中，1彡i彡M，1彡j彡N，1彡k彡M，1彡1彡N; 步骤4,通过所述离散化模型，根据所述出射面互强度分布获取所述部分相干光从 所述同步辐射光学元件的出射面传播到所述像面上的像面互强度分布；以及， 步骤5,根据所述像面互强度分布获取所述部分相干光的传播特性。 进一步地，所述同步福射光学元件为聚焦光学元件或光栅。 进一步地，所述聚焦光学元件为波荡器、平面镜、狭缝、柱面镜或超环面镜。 优选地，当所述同步辐射光学元件为聚焦光学元件时，将其作为薄透镜以计算其 振幅透过率分布。 综上所述，本专利技术首先测量物面上的互强度分布，再计算物面到同步辐射光学元 件入射面的互强度分布，然后计算同步辐射光学元件入射面到出射面的互强度分布，最终 得到所述出射面到像面的互强度分布，根据所述像面上的互强度分布即可模拟部分相干光 的传播特性。本专利技术由于采用了离散化的方式分割物面、光学元件的入射面和出射面、以及 像面上的互强度分布，从而减少了对各面互强度的近似处理，能够更准确地模拟部分相干 光经过光学元件后的传播。【附图说明】 图1为部分相干光经过同步辐射光学元件的传播示意图。【具体实施方式】 下面结合附图，给出本专利技术的较佳实施例，并予以详细描述。 本专利技术的获取同步辐射部分相干光的传播特性的方法可用于模拟部分相干光经 过同步辐射光学元件的传播。如图1所示，具有相干性的X光（即部分相干光）从光源实 物面1 (简称物面1)经同步辐射光学元件2传播到光源成像面3 (简称像面3)。在传播过 程中，波传播到某一位置处等相位面组成的曲面称为波前，最前的波前即为物面1，最后的 波前即为像面3。基于文献1记载的离散化方法，本专利技术将物面1、像面3、以及同步辐射光 学元件2的入射面和出射面平均分为M*N(M表示行数，N表示列数）个小面元，在每个小面 元内部，振幅和相位处处相等而且是全相干光，所以各面上的小面元内部任意一点与另一 个小面元内部任意一点的互强度均相等，都等于两个小面元中心点的互强度。基于此，本发 明通过如下步骤处理部分相干光经过同步辐射光学元件2的互强度传播： 首先，测量部分相干光在物面1上的互强度分布（为了与其它面上的互强度分布 区分，可称为物面1互强度分布），其中，第i行j列（1彡i彡M，1彡j彡N)的小面元Py与第k行1列（1彡k彡M，1彡1彡N)的小面元Pkl的互强度记为J(Pvl)。当光束从物 面1传播到同步辐射光学元件2的入射面时，由于物面1到光学元件2入射面的传播属于 自由空间传播，入射面上的互强度分布（为了与其它面上的互强度分布区分，可称为入射 面互强度分布）可通过式（1)，即离散化模型，计算得到： 在式⑴中，J(Qi_j，Qkl)表示光学元件2入射面上的小面元中心点％与Qkl的互 强度，KPyPd表示物面1上的小面元中心点Pu与Pkl的互强度，非下标的i是虚数单位 ％冲/表示物面1上的小面元中心点P。与光学元件2入射面上的小面元中心点Q" 之间的距离，G/dQw表示物面1上的小面元中心点Pkl与光学元件2入射面上的小面元中 心点Qkl之间的距离，x( 0J为X光从Pij到Q^的倾斜因子，x( 0 2)为X光从Pu到Q^的 倾斜因子，A为X光的波长，每个积分的范围都是小面元内部。 当X光到达同步辐射光学元件2后，自其入射面向出射面传播。此处的同步辐射 光学元件2为当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种获取同步辐射部分相干光的传播特性的方法，用于获取部分相干光经过同步辐射光学元件的传播特性，包括确定所述部分相干光的物面和像面，其特征在于，还包括以下步骤：步骤1，将所述物面、所述像面、以及所述同步辐射光学元件的入射面和出射面平均分为M*N个小面元，其中，M表示行数，N表示列数；步骤2，测量所述部分相干光在所述物面上的物面互强度分布，然后通过离散化模型，根据所述物面互强度分布获取所述部分相干光从所述物面传播到所述同步辐射光学元件的入射面上的入射面互强度分布；步骤3，获取所述同步辐射光学元件的振幅透过率分布，并根据式(4)获取所述部分相干光从所述同步辐射光学元件的入射面传播到所述同步辐射光学元件的出射面上的出射面互强度分布：J(Mij，Mkl)＝t(Mij)t*(Mkl)J(Qij，Qkl)     (4)，在式(4)中，J(Mij，Mkl)表示所述同步辐射光学元件的出射面上的第i行j列小面元的中心点Mij与第k行l列小面元的中心点Mkl的互强度，J(Qij，Qkl)表示所述同步辐射光学元件的入射面上的第i行j列小面元的中心点Qij与第k行l列小面元的中心点Qkl的互强度，t(Mij)表示所述点Mij的振幅透过率，t*(Mkl)表示所述点Mkl的振幅透过率的共轭，其中，1≤i≤M，1≤j≤N，1≤k≤M，1≤l≤N；步骤4，通过所述离散化模型，根据所述出射面互强度分布获取所述部分相干光从所述同步辐射光学元件的出射面传播到所述像面上的像面互强度分布；以及，步骤5，根据所述像面互强度分布获取所述部分相干光的传播特性。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孟祥雨，王勇，
申请(专利权)人：中国科学院上海应用物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31