部分相干光在同步辐射光束线中的传播及应用研究

Based on statistical optics, Mutual Optical Intensity (MOI) is applied to describe the wavefront of a partially coherent light. The wavefront is separated into many elements. The propagation of partially coherent X-ray through free space can be numerically calculated within reasonable approximation. With local stationary phase approximation, the propagation of partial coherence through reflecting mirrors and gratings are calculated. We will continue to develop MOI model to improve the accuracy by considering the distributions of coherence and wavefront in every element, and raise the efficiency with parallel computing. Figure Errors and roughness of optics will be included in the propagation of partially coherent X-ray to establish the MOI model with non-ideal optics. The algorithm for separating elements in polar coordinates will be built, to analyze the influence of coherence on the resolution of zone plate. We will carry on experiment in the BL08U1A beamline at SSRF to measure the resolution of the zone plate and verify the new MOI model.

MOI是一个基于统计光学理论的模型，它利用互强度描述部分相干光，并采取分割波前叠 加的方法，引入合理的近似，可以定量分析部分相干光经过自由空间的传播；采用静态相位法近似，可以分析经过聚焦光学元件和光栅后的相干性传播。本项目将继续优化MOI模型算法，考虑小面元内的相干性和波前分布，并采取并行算法处理，提高数值计算的精准性和效率；分析面型误差和界面粗糙度对相干性的影响，建立经过非理想反射镜的相干性传播模型；建立极坐标系下的小面元分割算法，结合超级计算机的计算能力，计算相干性对波带片聚焦本领的影 响；在上海光源08U1A束线站开展实验，利用星形靶测量波带片的聚焦光斑尺寸,验证模型的正确性。

X射线相干性的广泛应用促使了高相干性束线站的建设，在束线设计优化时，需要考虑相干性对X射线传播的影响。基于统计光学理论，利用互强度描述部分相干光，建立了MOI模型。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，这是SRW模型和Hybrid模型不具有的。本项目基于已建立的MOI模型，继续发展同步辐射相干性传播的研究。分析面型误差和界面粗糙度对镜子传播的影响，建立经过非理想镜面的MOI模型；研究相干性对波带片分辨本领的影响，建立经过波带片的MOI模型；在上海光源BL08U1A束线站开展实验，验证模型的准确性。开发一套模拟软件，满足相干光束线建设中的需求。利用该研究成果对上海光源二期光束线站进行优化设计，分析相干性经过不同光束线的传播，光束线包括BL07U光束线、MX光束线。利用该研究成果对SHINE自由电子激光光束线进行优化设计，提供理论指导，光束线包括FEL-I、FEL-II和FEL-III。该研究成果广泛应用于同步辐射和自由电子激光光束线的相干性传播仿真研究中，为先进光源光束线站的建设和设计提供理论指导。利用该研究成果还可以进行光束线诊断系统建设中，为不同系统提供理论依据，例如波前诊断装置、相干性诊断装置、能谱仪系统等。