相干红外同步辐射.ppt

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1、红外同步辐射相干光源李承祥中国科学技术大学，国家同步辐射实验室什么是相干红外同步辐射（CSR）激光是最好的相干光源，它是利用量子相干辐射效应产生的高阶相干光源，只有在谐振腔内产生。从传统的空间相干的概念出发，如果储存环内的电子束团尺度小于某一波长（例如100微米），大于该波长的同步辐射则为相干辐射，这就是基于电子储存环的相干红外同步辐射（CSR）；尽管是低阶相干光源，但由于同步辐射的良好的宽谱特性，它是这一波段独一无二的相干宽光源。HowtoProduceCoherentIR图5：CSR与常规红外同步辐射通量比较图6：CSR与其他红外光源的比较CSR填补了电磁波谱的空白远红外到毫米波之间

2、的THz辐射一直是电磁波谱工程的瓶颈，用普通的光学和电磁学手段都无法得到，只是近十年来，利用飞秒激光激发半导体和非线性晶体材料才实现了一些分立波长的低功率相干辐射，而随着凝聚态物理和介观物理的飞速发展，对这一波段的需求却日益迫切，相干红外同步辐射（CSR）的出现不仅填补了这一波谱的空白，也为许多基础研究和应用研究提供了一个有力的工具。BridgetheRadiationGapCSR的优点高亮度，高通量相干性脉冲光源（~300fs）偏振性CSR应用于固态物理众所周知，半导体材料、纳米材料、超导材料等的激元吸收谱与它们的宏观介电特性如电导率、电子输运等直接相关，而这些材料的激元吸收大部分都在

3、CSR覆盖的波段，通过CSR吸收光谱和偏振光谱就可以直接得到相关信息。驰预特性的研究是各种材料研究中的共性问题，CSR的fs级脉冲保证了它可以用来研究各类材料在THz这一波段的驰预特性，这是很多研究梦寐以求的。CSR的高功率和相干性为这一波段的非线性光学研究提供了可能性。铜酸盐超导体的高平动温度与能量灵敏的研究。高介电常数物质的光学传导测量，揭示物质的介电常数与温度关系的重要信息电子---孔穴等离子体的超快激发后的多体相互作用（如：电荷-电荷相互作用）的瞬间演化过程。采用超快光谱技术研究半导体的非平衡动力学过程。远红外椭圆光度技术和低频介电测量技术，利用光声特征频率和介电常数的LST(L

4、yddane-Sachs-Teller)关系，可揭示介电常数的变化与晶格动力学复杂变化的关系，研究铁电薄膜软模式硬化以获得高的静介电常数。CSR在生物学上的应用蛋白质动力学的研究：蛋白质的折叠（FoldingandUnfolding）态直接与其远红外吸收谱相关联，通过CSR这样的强光源就可以直观地研究蛋白质的折叠态及形成过程。细胞、组织显微：在近、中红外利用红外焦平面阵列（FPA）或扫描显微可以实现细胞、组织的二维光谱显微。CSR在环境科学上的应用研究地质材料表面的细菌、微生物的定位。环境的刺激引起细胞的变化：稠环芳烃和有机氯是普遍存在的可能对人有致癌作用的有毒物质，因此有必要研究这些物

5、质对人体的危害。CSR在化学中的应用团簇研究确定分子的空间结构，结构参数化学反应过程及机理研究远红外光谱用于指纹区鉴定CoherentIRSynchrotronRadiationatALSBriefListofCIRCERingParametersQuantityValueNominalEnergy600MeVMaxEnergy800MeVNominalCurrent10mAMaxCurrent200mARingCircumference66mRFFrequency1.5GHzMaxRFVoltage600kVHarmonicNumber330EnergyLoss/Turn8.59keV

6、NaturalEmittance59.3nmradNaturalEnergySpread4.57x10-4TunesH/V5.2/4.3DampingTimesH/V/L27.8/30.8/16.2msMomentumCompactionfrom-10-2to+10-2NumberofPeriods6Dipoles/Period2Quadrupoles/Period6QuadrupoleFamilies3Sextupoles/Period5SextupolesFamilies3Octupoles/Period2OctupolesFamilies1BPMs/Period4Corrector

7、s/PeriodH/V4/4CIRCERingParameters1999-2001:23Science&18Naturepapers23Science&18NaturepapersusingIRspectroscopyARecentreview:Science285,1224(1999).•Solidstatephysics:High-Tc’s,CMR,Ruthenates,complexoxides,…Science293,67