一种用于同步辐射的光栅单色器的设计开题报告

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1. 研究目的与意义（文献综述）

同步辐射是具有相对论性的电子在磁场的作用下沿着弯曲轨道运动时在切线方向发出的电子辐射。其波长范围可覆盖从红外至硬x射线的连续光谱。同步辐射光具有光谱范围宽、波长连续可调、高功率、高亮度、高准直性(方向性)、洁净性、可计算性的具有一定偏振结构和脉冲时间结构的人工光源。现已被广泛应用于等离子物理、化学、材料科学、生命科学、医学等科学领域。

同步辐射作为光源实际应用至今，主要经历了三个阶段。第一代的同步辐射光源是以高能物理研究为主的兼用光源；第二代同步辐射光源是以弯转磁铁和扭摆器作为辐射元件的专用光源，中国科学技术大学国家同步辐射实验室nsrl便是第二代同步辐射光源,专用与真空紫外和软x射线。第三代同步辐射光源以更高能量的插入件作为辐射元件，上海同步辐射装置ssrf属于第三代光源。如今第四代同步辐射光源自由电子激光(fels)也在设计研究中。

同步辐射装置主要由同步辐射光源，光束线以及实验站三个部分构成。光束线系统一般包括光学系统、机械机构、超高真空等，其中单色器是光束线的核心部件。不同的工作波长使用的单色器分光元件不同，真空紫外软x射线单色器的分光元件主要为光栅，x射线单色器的分光元件主要为晶体。

2. 研究的基本内容与方案

毕业设计的基本内容为设计一种用于同步辐射的光栅单色器，首先要设计出光栅单色器的基本结构，结合衍射光栅相差理论，设计计算各光学元件的参数，之后对设计好的光栅单色器进行理论分析，计算光学系统的分辨率，如反射镜效率、光栅衍射效率、几何效率、出射狭缝处的光发散角等。

设计的目标是能够在现有准直型sx-700平面光栅单色器的基础上，加以创新，并能合理的设计各部分光学元件的参数，光学系统的分辨率和衍射效率等都能满足设计要求。

拟采用的技术方案及措施为：结合实验站的设计规划要求及衍射光栅相差理论，设计出光栅单色器的总体布局图，并合理计算各平面镜，平面光栅，环面聚焦镜的子午半径、弧矢半径、各元件之间的距离等参数。之后借助shadow软件对光学系统的分辨率进行追迹，从而模拟出光学系统的性能。然后使用相关分析软件计算反射镜的反射率，光栅的衍射效率。通过光学系统追迹不同刻度尺寸的光栅来分析几何效率。之后使用shadow软件对出射狭缝处的光发散角进行光学追迹。最后对测量的数据进行综合分析，并分析误差因素。

3. 研究计划与安排

1. 第1-3周，能认真的学习完导师给我的文献，自己查资料学习同步辐射光学知识，熟悉自己的毕设任务。

2. 第4-12周，能够熟练掌握光栅单色器的基本结构，学习光学系统的各种设计软件，努力完成一种光栅单色器的设计。同时，第4周完成外文文献的翻译。

3. 第13-15周，进行工作总结，完成毕业论文，参加论文答辩。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] h. g. beutler. the theory of the concave grating[j]. journal of the optical society of america,1945, 35:311-350

[2] noda h , seya m , namioka t . geometric theory of the grating[j]. journal of the optical society of america, 1974, 64(8):1031-1036.

[3] pahl h , bencini v , breitenfeldt m , et al. a low energy ion beamline for twinebis[j]. journal of instrumentation, 2018, 13(08):p08012-p08012.