红外同步辐射.ppt

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1、红外同步辐射及其应用李承祥中国科技大学，国家同步辐射实验室，合肥，230029一：引言什么是SRIR？众所周知，同步辐射是X射线和真空紫外波段独一无二的宽波段可调谐光源，从上个世纪50年代起就陆续在各种科学研究中发挥了独特的作用。那么红外同步辐射（IRSR）又是什么呢？顾名思义，IRSR就是从储存环里以光速运动的粒子辐射出来的红外光。起源上个世纪70年代初，在X射线和真空紫外同步辐射获得广泛应用的同时，一些学者开始思考这样的问题，同步辐射的红外波段有没有利用价值呢？1973年，J。R。Stevenson就此问题进行了理论计算，结果表明，与传统的红外热光源相比，红外同步辐射还是有很大的优

2、点。此后，Lagarde和Williams相继对此进行了深入的研究，确信这是红外波段的优良光源。最早在同步辐射储存环上建立红外光束线的是日本分子科学研究所的Nanba等人于1986年在UVSOR建立的BL6A1，随后Brookhaven的GwynP.Williams于1987年在他们的VUV环上建立了一条红外光束线U4IR。其后，随着这两条光束线取得了巨大的成功，其他一些同步辐射实验室的红外光束线也相继建成，如英国的Daresbury、法国的SuperACO和瑞典的Max-I，而Brookhaven和UVSOR随着用户对红外光源越来越大的需求，又相继建立了U2B(Brookhaven)

3、和BL4A、BL4B、BL6B(UVSOR)。历史回顾七十年代:同步辐射在红外波段也是一种非常优良的光源八十年代初:英国Daresbury建造了一个大孔径的红外端口1985年：同步辐射光源上得到的第一张红外光谱，BESSY1987年：NSLS的G.P.Williams等在750Mev的VUV环上建了一条红外光束线—U4IR九十年代：红外同步辐射发展的黄金时期红外同步辐射线站一览表NSLSU4IRBending20-4000cm-1表面科学和其他光谱U2ABending20-4000cm-1光谱和显微术地学U2BBending20-4000cm-1光谱和显微术生物学U10ABending

4、20-25000cm-1固态物理U10BBending50-7000cm-1红外显微术U12IRBending1-100cm-1固态物理、Pump-ProbeSRSIR13.3Bending30-4000cm-1表面科学、红外显微术LURESOLINWiggler中远红外表面科学、固体物理MAX-IBL73Bending10-1000cm-1超高分辨光谱红外同步辐射线站一览表（续）DAΦNESINBADBending10-1000cm-1建设中SRC(Cornell)IR/031edge400-8000cm-1红外显微术IR/031edge200-700cm-1表面吸附ALSBL1.4

5、.2Bending50-25000cm-1表面物理、多层膜、半导体等BL1.4.3Bending450-10000cm-1生物、环境科学、法学等UVSORBL6A1Bending中远红外固态物理ANKAIRedge建设中NSRLBL4ABending10-10000cm-1建设中SSRFedge计划中二：SRIR基本特性宽带谱：从近红外到毫米波的平缓变化高亮度：比常规热光源高1到3个量级偏振性：在轨道平面内是完全偏振的脉冲性：Ps量级的脉冲光源。磁场强度（T）偏转磁铁偏转磁铁磁场强度（T）EdgeZone图1：同步辐射示意图电子束团A：通量密度分布图2：SRIR垂直角分布B：通量分布图

6、3：通量分布（/0.1%BW/75mrad/150mA)C：发散角定义：对于X射线和真空紫外，垂直分布近似于Gaussian分布，可以简单地用其均方差来表示，而对于红外而言，从前面的分析可以看出，明显不符合Gaussian分布，该如何来定义其发散角呢？实际上，现在有两种定义，一种是以包含90%的通量角为发散角；另一种以以轨道平面内的通量密度为平均通量密度来计算发散角，两种计算方法的结果非常接近。11010010000306090120150发散角(mrad.)波长(微米)图4.SRIR发散角随波长变化D：相对亮度DH图5：光源尺寸及立体角亮度定义：以黑体辐射为比较对象。图6：NSRL弯

7、铁辐射相对于2000K黑体辐射亮度三：红外同步辐射应用SRIR的主要优点1：比常规热光源亮度高两到三个量级2：远红外波段通量高3：脉冲结构如何利用？1：要求大（光源×发散度）的研究场合，如掠入射、　小样品等。2：远红外光谱3：时间分辨光谱，如Ps量级的驰预。SourceApertureFixedMirrorMovingMirrorBeamspliterDetector图7：红外傅立叶变换光谱示意图A：远红外光谱Flux(Conventional