7卷第11期第1
005年11月 2强激光与粒子束HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSVol.17,No.11 ,Nov.2005 文章编
号:()001-4322200511-1630-05 1
激光同步辐射作为阿秒X射线辐射源的特性研究
田友伟1, 余玮1, 陆培祥2, 何峰1, 马法君1, 徐涵1, 钱列加3
(1.中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室,上海201800;
2.华中科技大学激光技术国家重点实验室,湖北武汉430070;00433)
3.复旦大学光科学与工程系,上海2*
微分散射截面等特摘要: 研究了逆流相对论电子与激光脉冲相互作用获得激光同步辐射的频率上移、
性。发现逆流相对论电子与短脉冲激光相互作用,可以获得阿秒X射线辐射脉冲。短脉冲激光条件下得到的
后向散射光的频率上移与长脉冲激光条件下得到的后向散射光的频率上移是完全一致的,同时发现随着入射
电子初始能量的增加,散射光的准直性越来越好,后向散射光脉冲的脉宽越来越短。
关键词: 阿秒脉冲; X射线; 激光同步辐射; 频率上移; 后向散射
434.1 文献标识码: 中图分类号: O A
这些领域包括医学成像、X射线诊台式可调谐的单色X射线光源在许多领域有着非常广阔的应用前景,
断学、核共振吸收、显微术、固体物理和材料科学等。逆流相对论电子与激光脉冲相互作用的线性汤姆逊散射被认为可以获取可调谐、近单色和准直性好的X射线光源,这一方案被称作激光同步辐射(,最初是由LSS)
[],,第三代同步辐射加速器的磁振荡器SranleTinEsareisher1等人提出的。在激光同步辐射方案中,pggy和F
被激光脉冲所替代,激光脉冲的波长比普通磁振荡器的波长小4个数量级,因此产生同样能量的光子,激光同步辐射所需的入射电子的能量远小于普通同步辐射源所需的能量,即用低能电子代替普通加速器中的高能电子意味着试验装置费用的大大降低。近几年来随着台式短脉冲高强度激光技术和高亮度电子加速器技术的迅2]速发展,使得激光同步辐射方案重新进入人们获取X射线光源的视野,而随着单个阿秒X射线脉冲的产生[,
已经揭开了阿秒现实应用的序幕。为了研究阿秒时间量级的超快过程中所发生的瞬态现象,就需要探索可能产生阿秒X射线脉冲的方法,我们发现逆流相对论自由
电子与短脉冲激光相互作用的激光同步辐射可以获取阿秒X射线脉冲,这是本文研究的中心内容。
[[]36]其中Yu5等研究了相对论电子与圆偏振激许多科研小组～对电子与激光场的汤姆逊散射进行过研究,
光脉冲相互作用的非线性汤姆逊散射,发现散射光主要在高频区,而且多普勒效应增强了频率上转换效率。本
22-12文详细研究了激光强度为非相对论光强,即a和γ/)/,其1(a1(1-ucγ0《0为归一化的激光振幅)0》0=(0
中u条件下,逆流相对论电子与线偏振激光脉冲的线性汤姆逊散射获得激0是被光速c归一化的电子初速度)
光同步辐射的特性。研究发现散射光主要集中在后向散射的很小圆锥内,同时在后向上获得最佳的频率上移;后向散射光的频率和微分散射截面会随着入射电子初能量的增加而迅速增加,散射光的准直性随着入射电子初能量的增加变得越来越好。对逆流相对论电子与短脉冲激光相互作用,后向散射光是阿秒X射线脉冲,并且短脉冲激光条件下得到的后向散射光的频率上移与长脉冲激光条件下得到的后向散射光的频率上移是完全一致的,同时发现随着入射电子初始能量的增加,后向散射光脉冲的脉宽越来越短。
1 作用模型和基本方程
线偏振高斯脉冲激光电场的归一化矢势通常写成
22()(a(ex2Lcosx-η/p0η)=aη)()1
2式中:/;/ace归一化的激光振幅,m和e分别是电子的静止质量和电荷;z-tL=d2,d是激光的脉0是被mη=
-1-1冲宽度;空间和时间坐标分别被k和ω归一化,ω0和k0分别是激光的频率和波数。00
相对论电子沿-z轴传播,z 图1是激光同步辐射电子与激光脉冲相互作用的示意图。假设激光脉冲沿+
2005-04-07;2005-08-15*收稿日期: 修订日期:
基金项目:国家自然科学基金资助课题();国家重点基础研究专项基金资助课题()10375083TG1999075206-2
作者简介:田友伟(,男,硕士研究生,研究方向为激光与物质的相互作用;:1980-)E-mailwtian@https://www.doczj.com/doc/7b16252872.html,。y
联系作者:陆培祥,。https://www.doczj.com/doc/7b16252872.html,@mpg
第11期田友伟等:激光同步辐射作为阿秒X射线辐射源的特性研究
1631
!轴与激光脉冲相向运动,电"为辐射方向,θ为散射角,子在与激光脉冲相互作用的过程中会向各个方向发出散射光,我们称θ=1方向的散射为后向散射。80o电子在电磁场中的运动可以用拉格朗日方程和电
7]
子的能量方程描述[
d%·$)#-$)=-"a(t=(
d$γ=%·#tt()2
()3
Fi.1 Lasersnchrotronofanelectrongyinteractinithanincidentlaserpulsegw图1 电子与激光脉冲相互作用的激光同步辐射
2/式中:ce%是用光速c归一化的电子速度;$是用m
归一化的矢势;%是用mc归一化的电子动量,γγ=#=2-122()/是相对论因子,也是用m 归一化的电子1-uc
因此电子的运能量。方程()中的"a只作用于$上,2
动可以通过η的函数来描述,且有#和#,从()和()式经过简单的代数变换,得到方程组23##z=t=-ηη
)=ε%$=$,u γγ(z-1
()4
22
/()251+a+ε)γ=-(ε
其中已假设当$=0时的横向速度%$=0,由此电子运动可以被完全决定,电子的ε是由初始条件决定的常数,速度、位移可以表示为
//%$=$u γ,εγz=1+()6()7
!$=
(22
,)$d δz=2ε-1-adηη2εε
2 结果和讨论
激光脉冲可以近似当作无限大平面波处理,在实验室坐标系下, 电子在与长脉冲激光相互作用的过程中,
5]
逆流相对论电子与圆偏振无限大平面波相互作用的线性汤姆逊散射的频率和微分散射截面公式为[
/(()1-u1-u8cosωθ)s=ω0(0)0
3
(sT(0)0)02
()()1+9=4
d61-ucos1-ucosΩ1π(θ0θ)0
-2
,式中:u1-γγωσσ0)0=-(0是入射电子的初始能量;s是散射光的频率;s是散射光的微分散射截面;T是汤姆
逊散射截面。
其频率和微分散射截面公式为对逆流电子与线偏振无限大平面波作用的线性汤姆逊散射,
/(1-u1-ucosωθ)s=ω0(0)0
3(1usd1u3usT(0)0)c02
o)=4
d61-u coscosΩ1π1-uθ0θ0
图2描述了散射光频率ωs与散射角θ的关系。图中激光振幅a,脉宽
d=30.1,00λλ0=0(0是激光的波长)
()10()11
计算所用激光波长为1μ图2中的小图是1m,70o80o～1散射角方向上散射光频率变化曲线的放大图。从图中可以看出,散射光频率ω对s随着散射角θ的增加而增加;不同初始能量入射的电子,最佳频率上移都发生在散射角θ=1方向上,即后向散射光获得最佳频率上移。而80o且后向散射光的频率随着入射电子初始能量的增加而迅//(速增加,后向散射光频率满足ω1+u1-uωsb0=(0)0)
而在散射角θ=0o&4γω0的关系,sb为后向散射光频率,
/方向上ω1。ωs0=
Fi.2 Anulardistributionofthescatteredfreuencggqy forelectronsofvariousinitialenergy图2 不同初始能量电子散射光频率的角分布
/()描述了归一化微分散射截面ddaσΩ与散射图3s即激光振幅角θ的关系。图中其他的参数与图2相同,
1632强激光与粒子束第17
卷
)A;Fi.3 (anulardistributionofthenormalizedradiatedpowerperunitsolidanleforelectronsofvariousi nitialenerggggy
()Dbeendenceofbackwardscattereddifferentialcrosssectionontheinitialenerftheelectronpg yo
图3 ()不同能量电子的归一化微分散射截面的角分布;()后向散射微分散射截面与电子初始能量的关系ab
散射光集中于一个很陡的圆锥内,随着入射电子初始能量的增加,脉宽
d=3a0.1,00λ0=0。从图中可以看出,
散射光的准直性越来越好,微分散射截面最大值在散射角θ=1的方向上。图3(描述了后向散射微分散80ob)
/后向散射光的微分散射截面随着电子初始能量射截面ddσΩ与电子初始能量γ0
的关系。从图中可以看出,sb
的增加而迅速增加,当γ后向散射光的微分散射截面增加了5个数量级。0的过程中,0从5变到3
逆流相对论电子在与长脉冲激光相互作用的过程中,散射光集中于后向的一个很陡的由上面的讨论可知,
圆锥内,同时在后向上获得最佳频率上移和最大微分散射截面;随着入射电子初始能量的增加,散射光越来越向后向上更陡的圆锥内集中,即散射光的准直性越来越好,同时后向散射光的频率迅速增加,其微分散射截面迅速增大。
由于其脉宽很短,因此,逆流相对论电子与其相互作用的时间会更短,从而散射会出现一些对短脉冲激光,
特殊的现象,可以获得阿秒量级的X射线辐射脉冲。
做相对论加速运动的电子会放出电磁辐射,单位立体角内的辐射功率可以表示为由电动力学知识可知,
2("["%)%]d()t()12=5()·d1"%Ω-
22//辐射方向为"=s式中:辐射功率dd4&+c’;P(t')c归一化,inost'是电子与激光脉冲相互作用的πΩ被eωθθ0
时间,也是相对于tt是观察点的时间,'的推迟时间,t与t'的关系为[8]
t=t'+R
其中R是观察点和电子与激光脉冲作用点之间的距离,并且我们认为观测点离作用区域足够远。
其单位立体角单位频率间隔的辐射能公式可以表示入射电子在与激光脉冲相互作用的过程中,[8]()13为
2∞(·2ist"(2-)()de14"×("×%)t=s||-∞ddωΩ
222//式中:d4dIds=(为电子的位置。πc归一化;ωΩ被e/ωωsb0;
()描述了后向散射光单位立体角辐射功率()/addP(t 图4Ω)sb的时间谱。图中使用的参数是激光振幅a0%
电子初始能量γ脉宽d=1后向散射光是一超短阿秒脉冲。图4()描=0.1,010。从图中可以明显看出,bλ0,0=
图5),可以很明显地看述了后向散射光单位立体角单位频率间隔辐射能的频率分布。对γ10,397ωω0=sb=0(
出后向散射光的频谱发生了很大的展宽,这与图4()得出的后向散射光是一超短阿秒脉冲的结论是完全吻合a
的。
后向散射光频率ω 图5描述了短脉冲和长脉冲激光条件下,sb与电子初始能量γ0的关系。图中激光振幅
都为a脉宽分别为d=10.1,0300λλ0=0和d=0。图中实线是长脉冲条件下后向散射光频率随电子初始能量
2//(点线是短脉冲条件下得到的后向散射光频率随电子初始能量的变化曲线,即
ω1+1-uu&4ωγsb0=(0)0)0;
的变化曲线。从图中可以很明显地看出,对以相同初始能量入射的电子,短脉冲激光条件下得到的后向散射光频率与长脉冲条件下得到的后向散射光频率是完全一致的。
后向散射光脉冲的脉宽d脉宽d=10.1,0 图6描述了激光振幅aλ0=0条件下,1与入射电子初始能量γ0
的关系。从图中可以看出,随着入射电子初始能量的增加,后向散射光脉冲的脉宽越来越短,当γ5时,d0=1&
第11期田友伟等:激光同步辐射作为阿秒X射线辐射源的特性研究1633
)T;Fi.4 (aimehistorfthebackwardscatteredpowerperunitsolidanlegyog
()bEneradiatedperunitsolidanleperunitfreuencintervalinthebackwarddirectiongyrgqy
图4 ()后向散射光单位立体角辐射功率的时间谱;()后向散射光单位立体角辐射能量的频率分布ab
Fi.5 Deendenceofbackwardscatteredfreuencgpqy ontheinitialenerftheelectrongyo
图5 后向散射光频率与电子初始能量的关系Fi.6 Deendenceofthebackwardscatteredpulsegpdurationontheinitialenerftheelectrongyo图6 后向散射光脉冲的脉宽与电子初始能量的关系
。从图5和图6可知,增加入射电子的初始能量可以获得超短阿秒X射线,而当
γ7.3as260as30时,d0=1&
波长λ激光脉冲,例如:以初始能量γ在激光振幅a脉宽d=130入射的电子,0.1,01μm 的条件λ0=0=0,0=
下,后向散射光波长为0.散射光脉冲脉宽为7.。27nm,3as
3 结论
微分散射截面本文详细研究了线偏振激光脉冲与逆流相对论电子相互作用的激光同步辐射的频率上移、
后以及散射光的准直性等特性,对应参数为a1和γ1。发现散射光主要集中在后向散射的很小圆锥内,0’0(
向散射光频率和微分散射截面随着入射电子初始能量的增加而迅速增加,同时随着入射电子初始能量的增加散射光的准直性越来越好。对逆流相对论电子与高斯线偏振短脉冲激光相互作用,后向散射是一阿秒X射线辐射脉冲,并且短脉冲激光条件下后向散射光的频率上移与长脉冲激光条件下后向散射光的频率上移是完全一致的,同时发现随着入射电子初始能量的增加后向散射光脉冲的脉宽越来越短,因此逆流相对论电子与短脉冲激光相互作用的激光同步辐射是获取阿秒X射线脉冲的一种有效方法。
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(1.StateKeaboratorihFieldLaserPhsics,ShanhaiInstituteoticsandFineMechanism,yLyofH gygfOp
ChineseAcademciences,P.O.Box800-211,Shanhai201800,China;yofSg
2.StateKeaboratoraserTechnolouazhonniversitcienceandTechnoloWuhan430074,China; yLyofLgy,HgUyofSgy,
3.DeartmentoticalScienceandEnineerinFudanUniversitShanhai200433,China)pfOpgg,y, g
:)bstracthefreuencshiftinnddifferentialcrosssectionofthelasersnchrotronsource(LSSarest udiedbasedon A Tqyupgay theThomsonbackscatterinfintenselaserradiationfromacounterstreaminelativisticelectron. Acounterstreaminelativisticgogrgr
,electroninteractinithanincidentshortulselaseremitsattosecondX-raulsethefreuencshiftinfthebackwardscat-gwpypqyupgo teredradiationundertheshortpulselaserisidenticalwiththatunderthelonulselaser.Thepulsew idthofthebackwardscat-gp
’,teredradiationdecr easeswiththeincreaseoftheelectronsinitialenerandthecollimationofthe scatteredradiationbecomesgy
better.
:;;;;eordsttosecondpulse-raasersnchrotronradiationreuencshiftinackscatterin K A X L F Byyqyupggyw
材料光谱发射率的测量方法的研究总结 摘要： 本文主要系统介绍了目前材料光谱发射率的测量方法（黑体法，红外傅里叶光谱法，多波长法）,在社会上的应用，展望了发射率测量技术的目前存在的问题及发展趋势。 关键字：发射率测量方法傅里叶光谱多波长 1，引言： 光谱发射率是衡量热辐射体辐射本领的重要依据之一，研究和测量材料发射率对于揭示材料的热辐射特性、提高辐射加热效率、寻找节能新途径都有重要的现实意义。材料表面发射率与材料组分和结构、表面温度、表面粗糙度等许多因素有关。发射率的测量依赖于表面温度的精确测定，由于接触法测温一方面会改变物体表面温度场的分布从而带来一定的测量误差，另一方面温度传感器和待测表面接触的紧密程度也会影响测量结果的精度1，所以要提高发射率的测量精度必须首先解决好表面温度的精确测定问题。[1] 为了能够清楚地看出发射率与波长的关系，高温状态下的光谱发射率的测试，对研究光谱选择性辐射表面的材料和涂层尤为重要。因此连续光谱发射率的准确测量．一直是世界各国普遍关注的焦点。 2，测量方法 [2] 2.1谱辐射线性度分析双温黑体法[3-5]
光谱辐射测量系统线性度反映出测量装置对单色辐射能量的响应情况。材料光谱发射率的测量建 立在线性度良好的前提上。本文提出双温黑体法，即采用另一个同样的黑体辐射源替代测量装置中样品加热器的位置，模拟发射率测量状况进行测量来验证测量系统的线性度。采用两个黑体和统计测量的方法消除黑体本身漂移带来的影响，而且可以在不同信号大小情况下验证线性度。两个黑体采用ISOTECH 976黑体炉，其空腔尺寸为Φ65mm×200mm，工作温度范围为30(室温为20℃时)～550℃，控温稳定性<0．2℃，空腔有效发射率>O．995。黑体测温用标准铂电阻温度计在中国计量科学研究院标定。两个黑体的温度分别设置为Tb1，和Tb2，以产生不同大小的黑体辐射。黑体辐射信号比为Rb，环境温度为Tam。，且假设黑体炉发射率为1。当不同大小的两个黑体辐射信号，根据测量原理式(3)以及普朗克定律，得到测量系统的线性度为： (4) 假设两个黑体在各波段的有效辐射随温度的变化一样，则当黑体温度相同时，测量电压比信号R6应为1；当黑体温度不同时，根据式(4)则M也应为1。M越接近1，测量系统的线性度就越好。本文分别设置两个黑体温度，在不同的温度点，即不同的辐射信号比条件下验证了测量系统的线性度，见表1。
第十五章 同步辐射原理与应用简介§ 周映雪 张新夷 目 录 1. 前言 2．同步辐射原理 2.1 同步辐射基本原理 2.2 同步辐射装置：电子储存环 2.3 同步辐射装置：光束线、实验站 2.4 第四代同步辐射光源 2.4.1自由电子激光（FEL） 2.4.2能量回收直线加速器（ERL）同步光源 3. 同步辐射应用研究 3.1 概述 3.2 真空紫外（VUV）光谱 3.3 X射线吸收精细结构（XAFS） 3.4 在生命科学中的应用 3.5 同步辐射的工业应用 3.6 第四代同步辐射光源的应用 4．结束语 参考文献 §《发光学与发光材料》（主编：徐叙瑢、苏勉曾）中的第15章：”同步辐射原理与应用 简介”，作者：周映雪、张新夷，出版社：化学工业出版社 材料科学与工程出版中心；出版日期：2004年10月。
1. 前言 同步辐射因具有高亮度、光谱连续、频谱范围宽、高度偏振性、准直性好、有时间结构等一系列优异特性，已成为自X光和激光诞生以来的又一种对科学技术发展和人类社会进步带来革命性影响的重要光源，它的应用可追溯到上世纪六十年代。1947年，美国通用电器公司的一个研究小组在70MeV的同步加速器上做实验时，在环形加速管的管壁，首次迎着电流方向，用一片镜子观测到在电子束轨道面上的亮点，而且发现，随加速管中电子能量的变化，该亮点的发光颜色也不同。后来知道这就是高能电子以接近光速在作弯曲轨道运动时，在电子运动轨道的切线方向产生的一种电磁辐射。图1是当时看到亮点的电子同步加速器的照片，图中的箭头指出亮点所在位置。那时，科学家还没有意识到这种同步辐射其实是一种性能无比优越的光源，高能物理学家抱怨，因为存在电磁辐射，同步加速器中电子能量的增加受到了限制。大约过了二十年的漫长时间，科学家（非高能物理学家）才真正认识到它的用处，但当时还只是少数科学家利用同步辐射光子能量在很大范围内可调，且亮度极高等特性，对固体材料的表面开展光电子能谱的研究。随着同步辐射光源和实验技术的不断发展，越来越多的科学家加入到同步辐射应用研究的行列中来，同步辐射的优异特性得到了充分的展示，尤其是在红外、真空紫外和X射线波段的性能，非其他光源可比，很多以往用普通X光、激光、红外光源等常规光源不能开展的研究工作，有了同步辐射光源后才得以实现。到上世纪九十年代,同步辐射已经在物理学、化学、生命科学、医学、药学、材料科学、信息科学和环境科学等领域，当然也包括发光学的基础和应用基础研究，得到了极为广泛的应用。目前，无论在世界各国的哪一个同步辐射装置上，对生命科学和材料科学的研究都具
第20卷第2期2006年3月 常熟理工学院学报 Journal of Changshu Institute of Technology Vol.20No.2 Mar.2006同步辐射光源简介 谭伟石1,蔡宏灵2,吴小山2 (1.南京理工大学理学院应用物理系,江苏南京 210094; 2.南京大学固体微结构实验室,江苏南京 210093) 摘 要:简要介绍了同步辐射概念、同步辐射光源的特点及我国同步辐射光源发展的现状。 关键词:同步辐射光源;同步辐射特点;发展现状 中图分类号:TL8O43 文献标识码:A 文章编号:1008-2794(2006)02-0097-05 著名的物理学家杨福家先生概括了人类文明史上影响人类生活的光源的进展,分为四类[1]:第一类光源是1879年美国发明家爱迪生发明的电光源。不言而喻,人类现在的生活与文明离不开电光源,它使人类战胜了黑暗。 第二类光源是1895年德国科学家伦琴发现的X射线源。“X”是“未知”的符号,但是这种神秘莫测的、肉眼看不见的X光从被发现的时候就展现了它的魅力和对人类的巨大影响。 第三类光源是20世纪60年代美国与前苏联一批科学家创造的激光光源。目前激光的应用已经进入千家万户。如我们家庭中的激光唱片,超市的收款机所用的激光扫描器等,当然也有用于激光核聚变的大功率激光设备等,对人类的生活带来了巨大变化。 第四类光源就是同步辐射光源。1947年在美国纽约州Schenectady市通用电气公司实验室的一台能量为70Me V的同步加速器上,首次观察到一种强烈的辐射,这种辐射便被称为“同步辐射”。同步辐射是速度接近光速的带电粒子在磁场中沿弧形轨道运动时放出的电磁辐射。由于同步辐射消耗了能量,妨碍了高能粒子能量的提高,所以当时一直被认为是个祸害,没有得到重视。但是,人们很快便了解到同步辐射是具有从远红外到X光范围内的连续光谱、高强度、高度准直、高度极化、特性可精确控制等优异性能的脉冲光源,可用于其它光源无法实现的许多前沿科学技术研究。而现在同步辐射已经成为一个重要的科学研究平台,它的应用领域已经覆盖了物理、化学、生物、材料、医药、地质等众多领域,已经成为衡量一个国家科研水平的重要标准。 1 同步辐射特点 同步辐射的主要设备,包括储存环、光束线和实验站。储存环使高能电子在其中持续运转,是产生同步辐射的光源;光束线利用各种光学元件将同步辐射引出到实验大厅,并“裁剪”成所需的状态,如单色、聚焦,等;实验站则是各种同步辐射实验开展的场所。同步辐射光源是人类发现的第四代光源。与前三种光源相比,它具有诸多优点: 1.1 频谱分布宽广 收稿日期:2005-10-15 作者简介:谭伟石(1970—),男,湖南安化人,副教授。 DOI:10.16101/https://www.doczj.com/doc/7b16252872.html, https://www.doczj.com/doc/7b16252872.html,32-1749/z.2006.02.020
PAR辐射仪的功能特点及技术参数 太阳辐射中能被绿色植物用来进行光合作用的那部分能量成为光合有效辐射,简称PAR。该有效辐射波长范围大致为300-800纳米范围内。它是植物最重要的能量来源，是形成生物量的基本能源，直接影响着植物的生长、发育、产量和产品质量。由此，光合有效辐射计的研发也就成了发展所需，光量子计的生产，提高了农业、林业等研究和生产部门进行光合有效辐射的测量的效率，使得光量子测定变得非常方便。 托普云农PAR辐射仪/光合有效辐射/光合有效辐射记录仪具有GPS定位功能，小巧美观便于携带，一键式切换，可以手动记录也可脱离电脑随时设置采样间隔，自动记录数据并存储。 PAR辐射仪|光合有效辐射计|光合有效辐射记录仪技术参数： 量程范围：0～2,700μmol m-2 s-1 （400～700nm） 线性度：全量程±1% 分辨率：1μmol m-2 s-1 记录容量：主机可存3万条，标配4G内存卡可无限存储 记录时间间隔：5分到99小时 工作电源：3.7V锂电池供电 光谱响应：带宽：400～700nm 稳定性：变化小于±2%/年 电源：5号电池5节、9V/2A电源适配器
重量：140 g 紫外红外响应：0.5% PAR辐射仪|光合有效辐射计|光合有效辐射记录仪功能特点： 光合有效辐射计手持机功能： 1、小巧美观便于携带，轻触式按键，大屏幕点阵式液晶显示，全中文菜单操作。 2、采集设置：在无人看守的情况下使用，可设置定时采集，也可手动采集。自动记录数据并存储。 3、交直流两用，内置锂电池供电：3.7v4Ah锂电池，具有充电保护、电压过低提示功能。也可长时间放置记录地点。 4、带GPS定位功能，可实时显示采集点经纬度并保存。（选配） 5、带语音播报功能，可对超限值进行语音报警设置，对超标的参数实时普通话语音播报，亦可直接播报出实时的环境参数值。 6、数据保存功能强大，设备内部Flash可存储最近3万条数据，标配4G 内存卡可无限存储，亦可与Flash中数据同时存储。 7、既可在主机上查看数据，也可导入计算机进行查看。 8、意外断电后，已保存在主机里的数据不丢失。 9、探头具有一致性，主机可通过集线器接入不同类型的传感器，互不影响精度。 10、将传感器插入主机后便可手动搜索到多种不同类别的传感器（类似于U 盘和电脑相联接能自动感应）。 11、仪器具有32通道同时检测的扩展功能，可以实现多点同步检测，可按需要自行组合。 12、有线RS485通讯，传感器通讯电缆最远可以达到100米 13、低功耗设计，增加系统监控和保护措施，防止电源短路或外部干扰而损坏，避免系统死机。
太阳辐射的特性 昼夜是由于地球自转而产生的，而季节是由于地球的自转轴与地球围绕太阳公转的轨道的转轴呈23°27′的夹角而产生的。地球每天绕着通过它本身南极和北极的“地轴” 自西向东自转一周。每转一周为一昼夜，所以地球每小时自转15°。地球除自转外还循偏心率很小的椭圆轨道每年绕太阳运行一周。地球自转轴与公转轨道面的法线始终成23．5°。地球公转时自转轴的方向不变，总是指向地球的北极。因此地球处于运行轨道的不同位置时，太阳光投射到地球上的方向也就不同，于是形成了地球上的四季变化（见下图）。每天中午时分，太阳的高度总是最高。在热带低纬度地区（即在赤道南北纬度23°27′之间的地区），一年中太阳有两次垂直入射，在较高纬度地区，太阳总是靠近赤道方向。在北极和南极地区（在南北半球大于90°~23°27′），冬季太阳低于地平线的时间长，而夏季则高于地平线的时间 长。 由于地球以椭圆形轨道绕太阳运行，因此太阳与地球之间的距离不是一个常数，而且一年里每天的日地距离也不一样。众所周知，某一点的辐射强度与距辐射源的距离的平方成反比，这意味着地球大气上方的太阳辐射强度会随日地间距离不同而异。然而，由于日地间距离太大（平均距离为1.5 x 108km），所以地球大气层外的太阳辐射强度几乎是一个常数。因此人们就采用所谓“太阳常数”来描述地球大气层上方的太阳辐射强度。它是指平均日地距离时，在地球大气层上界垂直于太阳辐射的单位表面积上所接受的太阳辐射能。近年来通过各种先进手段测得的太阳常数的标准值为1353w／m2。一年中由于日地距离的变化所引起太阳辐射强度的变化不超过上3.4％。 2.2 到达地面的太阳辐射 太阳照射到地平面上的辐射或称“日射”由两部分组成——直达日射和漫射日射。太阳辐射穿过大气层而到达地面时，由于大气中空气分子、水蒸气和尘埃等对太阳辐射的吸收、反射和散射，不仅使辐射强度减弱，还会改变辐射的方向和辐射的光谱分布。因此实际到达地面的太阳辐射通常是由直射和漫射两部分组成。直射是指直接来自太阳其辐射方向不发生改变的辐射；漫射则是被大气反射和散射后方向发生了改变的太阳辐射，它由三部分组成：太阳周围的散射（太阳表面周围的天空亮光），地平圈散射（地平圈周围的天空亮光或暗光），及其他的天空散射辐射。另外，非水平面也接收来自地面的反射辐射。直达日射、漫射日射和反射日射的总和即为总日射或环球日射。可以依靠透镜或反射器来聚焦直达日射。如果聚光率很高，就可获得高能量密度，但却损耗了漫射日射。如果聚光率较低，也可以对部分太阳周围的漫射日射进行聚光。漫射日射的变化范围很大，当天空晴朗无云时，漫射日射为总日射的10％。但当天空乌云密布见不到太阳时，总日射则等于漫射日射。因此聚式收集器采集的能量通常要比非聚式收集器采集的能量少得多。反射日射一般都很弱，但当地面有冰雪覆盖时，垂直面上的反射日射可达总日射的40％。 到达地面的太阳辐射主要受大气层厚度的影响。大气层越厚，对太阳辐射的吸收、反射和散射就越严重，到达地面的太阳辐射就越少。此外大气的状况和大气的质量对到达地面的太阳辐射也有影响。显然太阳辐射穿过大气层的路径长短与太阳辐射的方向有关。参看下图，A为地球海平面上的一点，当太阳在天顶位置S时，太阳辐射穿过大气层到达A点的路径为OA。城阳位于S点时，其穿过大气层到达A 点的路径则为0A。 O，A与 OA之比就称之为“大气质量”。它表示太阳辐射穿过地球大气的路径与太阳在天顶方向垂直入射时的路径之比，通常以符号m表示，并设定标准大气压和O℃时海平面上太阳垂
辐射换热思考题解答 1．什么叫黑体在辐射换热中为什么要引入这一概念 答：吸收比1 α的物体叫做黑体，黑体是一个理想化的物体，黑体辐射的特性反映了物 = 体辐射在波长、温度和方向上的变化规律，这为研究实际物体的辐射提供了理论依据和简化分析基础。 2．温度均匀的空腔壁面上的小孔具有黑体辐射的特性，那么空腔内部的辐射是否也是黑体辐射 答：空间内壁壁面不一定是黑体辐射，之所以小孔呈现出黑体特性，是因为辐射在空腔内经历了很多次吸收和反射过程，使离开小孔的能量微乎其微。 3．试说明，为什么在定义辐射力时要加上“半球空间”和“全波长”的说明 答：因为辐射表面半球空间每一立体角都有来自辐射面的辐射能，而辐射能的形式有各个不同波长。全辐射必须包括表面辐射出去的全部能量，所以要加上“半球空间”和“全部波长”的说明。 E的单位中“m3”代表什么4．黑体的辐射能按波长是怎样分布的光谱辐射力 λ,b 答：黑体辐射能按波长的分布服从普朗克定律，光谱辐射力单位中分母“m3”代表了单位面积m2和单位波长m的意思。 5．黑体的辐射能按空间方向是怎样分布定向辐射强度与空间方向无关是否意味着黑体的辐射能在半球空间各方向上是均匀分布的 答：黑体辐射能按空间方向分布服从兰贝特定律。定向辐射强度与空间方向无关并不意味着黑体辐射能在半球空间各方向上是均匀分布的，因为辐射强度是指单位可见面积的辐射能，在不同方向，可见面积是不同的，即定向辐射力是不同的。 6．什么叫光谱吸收比在不同光源的照耀下，物体常呈现不同的颜色，如何解释 答：所谓光谱吸收比，是指物体对某一波长投入辐射的吸收份额，物体的颜色是物体对光源某种波长光波的强烈反射，不同光源的光谱不同，所以物体呈现不同颜色。 7．对于一般物体，吸收比等于发射率在什么条件下成立 答：任何物体在与黑体处于热平衡的条件下，对来自黑体辐射的吸收比等于同温度下该物体的发射率。 8．说明灰体的定义以及引入灰体的简化对工程辐射换热计算的意义。 答：光谱吸收比与波长无关的物体叫做灰体，灰体的吸收比恒等于同温度下的发射率，把实际物体当做灰体如理，可以不必考虑投入辐射的特性，将大大简化辐射换热的计算。 α与波长的关系如图所示，试估计这两种材料的发射9．已知材料A、B的光谱吸收比) (λ 率ε随温度变化的特性，并说明理由。
1 同步辐射光源的原理和发展历史 同步辐射是电子在作高速曲线运动时沿轨道切线方向产生的电磁波，因是在电子同步加速器上首次观察到，人们称这种由接近光速的带电粒子在磁场中运动时产生的电磁辐射为同步辐射，由于电子在图形轨道上运行时能量损失，故发出能量是连续分布的同步辐射光。关于由带电粒子在圆周运动时发出同步辐射的理论考虑可追溯到1889年Lienard的工作，进一步的理论工作由Schott， Jassinsky， Kerst及Ivanenko， Arzimovitch和Pomeranchuk等直至1946年才完成，Blewett的研究工作首次涉及同步辐射对电子加速器操作的影响，并观察到辐射对电子轨道的影响，Lee和Blewett较详细地给出了发展史的评论。 至今，同步辐射光源的建造经历了三代，并向第四代发展。 （1）第一代同步辐射光源是在为高能物理研究建造与电子加速器和储存环上的副产品。 （2）第二代同步辐射光源是专门为同步辐射的应用而设计建造的，美国的Brokhaven国家实验室（BNL）两位加速器物理学家Chasman和Green[1]把加速器上使电子弯转、散热等作用的磁铁按特殊的序列组装成 Chasman2Green 阵列(Lattice，这种阵列在电子储存环中采用标志着第二代同步辐射的建造成功。 （3）第三代同步辐射光源的特征是大量使用插入件（Inserction Devices），即扭摆磁体（Wiggler）和波荡磁体（Undulator）而设计的低发散度的电子储存环。 表1为三代同步辐射光源的重要参数比较，其中表征性能的指标是同步辐射亮度，发散度以及相干性。 表1 三代同步辐射光源主要性能指标的比较
同步辐射光源及其应用 沈元华 (复旦大学物理教学实验中心上海200433) 摘 要:介绍了同步辐射光源的产生、特点及其应用. 关键词:同步辐射;光源;加速器 Synchrotron radiation source and its applications SHEN Yuan-hua (Central Labo rato ry fo r Phy sics Educatio n,Fudan University,Shang hai,200433) Abstract:The forma tio n,characteristics and applicatio ns of synchro tro n radiatio n so urce are introduced. Key words:synchrotron radiatio n;ligh t source;accelerato r 在著名科学家谢希德、杨福家等院士的倡议下,一座投资十亿的宏伟建筑即将耸立在上海浦东高科技园区,它就是世界瞩目的第三代同步辐射光源——上海光源. 什么是同步辐射光源?它与普通光源有什么区别?它有什么重大的科学意义和应用价值?本文将做一简要介绍. 1 同步辐射光源的产生 同步辐射光源是由同步加速器的发展而产生的.著名原子物理学家尼·玻尔说过,高速粒子与物质相互作用时发生的各种效应,是获取原子结构信息最主要的来源之一.事实上,科学家们往往要用高速运动的粒子去轰击原子核,观察撞击时发生的种种变化,才能了解原子的结构和原子内部的各种秘密.各种加速器正是为获得这种高速运动的粒子而建造的.早期的加速器是直线型的,要获得的粒子速度越快,其长度也要越长.为了缩短加速器的长度,可用磁场使带电粒子发生偏转而作回旋运动,这就是回旋加速器.这种加速器利用强大的磁场,使带电粒子作回旋运动而不断加速.由于在一定的磁场作用下,粒子的回旋轨道半径随其速度的增加而增加,故磁场空间必须很大.因此,这种高能回旋加速器的磁铁是极其笨重的. 为了减轻磁铁的重力,并进一步提高粒子的速度,人们设计出采用环形电磁铁并不断改变磁场强度,使粒子的轨道半径保持恒定的加速器.这种固定轨道、用调变磁场的方法实现电场对粒子的同步加速的加速器,就称为同步加速器.带电粒子在同步加速器中按同一轨道作圆周运动,可以大大提高粒子的能量和速度.然而,当粒子的能量越来越大时,人们发现要进一步加速却越来越困难了.其根本原因之一就是带电粒子改变运动方向(转弯)时,必然伴随着电磁波的辐射,即光波的发射;粒子的能量越大,辐射就越强.虽然早在1898年理论物理学家Lienard就预言带电粒子作圆周运动时会产生辐射而发光,但是直到本世纪四十年代末,才由Pollack等人在美国通用电气公司的一台同
辐射换热思考题解答 1．什么叫黑体？在辐射换热中为什么要引入这一概念？ 答：吸收比1 α的物体叫做黑体，黑体是一个理想化的物体，黑体辐射的特性反映了物 = 体辐射在波长、温度和方向上的变化规律，这为研究实际物体的辐射提供了理论依据和简化分析基础。 2．温度均匀的空腔壁面上的小孔具有黑体辐射的特性，那么空腔内部的辐射是否也是黑体辐射？ 答：空间内壁壁面不一定是黑体辐射，之所以小孔呈现出黑体特性，是因为辐射在空腔内经历了很多次吸收和反射过程，使离开小孔的能量微乎其微。 3．试说明，为什么在定义辐射力时要加上“半球空间”和“全波长”的说明？ 答：因为辐射表面半球空间每一立体角都有来自辐射面的辐射能，而辐射能的形式有各个不同波长。全辐射必须包括表面辐射出去的全部能量，所以要加上“半球空间”和“全部波长”的说明。 E的单位中“m3”代表什么？ 4．黑体的辐射能按波长是怎样分布的？光谱辐射力 λ,b 答：黑体辐射能按波长的分布服从普朗克定律，光谱辐射力单位中分母“m3”代表了单位面积m2和单位波长m的意思。 5．黑体的辐射能按空间方向是怎样分布？定向辐射强度与空间方向无关是否意味着黑体的辐射能在半球空间各方向上是均匀分布的？ 答：黑体辐射能按空间方向分布服从兰贝特定律。定向辐射强度与空间方向无关并不意味着黑体辐射能在半球空间各方向上是均匀分布的，因为辐射强度是指单位可见面积的辐射能，在不同方向，可见面积是不同的，即定向辐射力是不同的。 6．什么叫光谱吸收比？在不同光源的照耀下，物体常呈现不同的颜色，如何解释？ 答：所谓光谱吸收比，是指物体对某一波长投入辐射的吸收份额，物体的颜色是物体对光源某种波长光波的强烈反射，不同光源的光谱不同，所以物体呈现不同颜色。 7．对于一般物体，吸收比等于发射率在什么条件下成立？ 答：任何物体在与黑体处于热平衡的条件下，对来自黑体辐射的吸收比等于同温度下该物体的发射率。 8．说明灰体的定义以及引入灰体的简化对工程辐射换热计算的意义。 答：光谱吸收比与波长无关的物体叫做灰体，灰体的吸收比恒等于同温度下的发射率，把实际物体当做灰体如理，可以不必考虑投入辐射的特性，将大大简化辐射换热的计算。 α与波长的关系如图所示，试估计这两种材料的发射9．已知材料A、B的光谱吸收比) (λ 率ε随温度变化的特性，并说明理由。
激光与同步辐射结合技术 同步辐射与激光结合的实验主要为所谓的双色类型试验，即某一波长的激光(或同步辐射)光子激发样品后由另一波长的同步辐射(或激光)光子进行探测.由于激光和同步辐射都是脉冲光源，实验要求将激光与同步辐射进行同步化。同步辐射光的脉冲性质是由电子储存环中电子的束结构所决定的.对于单一电子束运转情况，脉冲周期t由电子储存环周长L可以估算出：t=L/c，其中c为光速.在大多数第三代同步辐射装置上，由于高辐射亮度要求多电子束运转 同步辐射与激光结合的实验主要为所谓的双色类型试验，即某一波长的激光(或同步辐射)光子激发样品后由另一波长的同步辐射(或激光)光子进行探测.由于激光和同步辐射都是脉冲光源，实验要求将激光与同步辐射进行同步化。 同步辐射光的脉冲性质是由电子储存环中电子的束结构所决定的.对于单一电子束运转情况，脉冲周期t由电子储存环周长L可以估算出：t=L/c，其中c为光速.在大多数第三代同步辐射装置上，由于高辐射亮度要求多电子束运转，这时同步辐射光脉冲周期t相应地缩短n倍(n为电子束数).目前同步辐射光源的典型脉宽是几十皮秒，多束转运脉冲周期多为几个纳秒，占空因子Δt/t约为 10-2—10-3.如果使用一个连续激光光源，一般希望同步辐射的电子存储环内注入较多的电子束运转，使同步辐射光源的重复工作频率尽可能地提高，以产生大的占空因子Δt/t和连续激光相适应.在脉冲激光的情况下，激光脉冲和同步辐射光脉冲的同步是非常关键的.对于像锁模激光器或者飞秒激光振荡器这类工作在高重复率(典型重复率是80MHz)的激光器而言，它的输出光脉冲与高重复频率的同步辐射光脉冲可能产生部分重叠，即发生偶然同步，满足某些实验要求.如果同步辐射光源与一个低重复的激光光源(如准分子激光器或Nd∶YAG激光器)相结合，则需要严格的脉冲同步化以提高实验效率.脉冲同步化的时间基准通常取自同步辐射装置中用于补充电子束能量的射频源.射频源的时间信号往往需要通过一个电子学分频器分频后作为脉冲信号输出，触发激光器振荡.这时同步辐射光脉冲重复频率与激光脉冲频率恰为整数倍，使得某些同步辐射的光脉冲完全和激光脉冲发生重叠.由于同步辐射电子束注入运转一定时间后电子束发散度的变化会带来同步辐射光脉冲结构的变化，实际在实验上还需进一步监测两个脉冲的时间、空间重叠情况.并且为了提高信噪比，测量电子学系统也往往采用时间门电子学计数技术，扣除各种背景噪音。 同步辐射与激光相结合可以应用在光电子能谱、质谱、吸收、发光光谱等谱学中.结合同步辐射和激光的双色实验具有一些其他方法不能比拟的优点.例如，两光子可以达到很宽的激光能量范围，产生与单光子过程完全不同的终态，进而大大扩展了以往的实验研究范围和补充了单一光源的单光子过程所能得到的信息.另外，由于双色实验基本上是一个两步过程，使用的光源都是脉冲的，如果同步两个光源并改变两个光脉冲的相对时间延迟，则可以进行时间分辨激发态过程的研究。
专题综述 同步辐射的基本知识 第一讲杨传铮1,22 (1.中国科学院,;上海硅酸盐研究所,上海200050) FSYNCHROTRONRADIATION ———LRE1PRINCIPLE,CONSTRUCTIONANDCHARACTERS OFSYNCHROTRONRADIATIONSOURCE YANGChuan2zheng1,CHENGGuo2feng2,HUANGYue2hong2 (1.ShanghaiInstituteofMicro2SystemandInformationTechnology,ChineseAcademyofSci ence,Shanghai200050,China; 2.ShanghaiInstituteofCeramicsChineseAcademyofSciences,Shanghai200050,China) 中图分类号:O434.11文献标识码:A文章编 号:100124012(2008)0120028205 1同步辐射光源的原理和发展简史 同步辐射是电子在作高速曲线运动时沿轨道切线方向产生的电磁波,因是在电子同步加速器上首次观察到,人们称这种由接近光速的带电粒子在磁 场中运动时产生的电磁辐射为同步辐射,由于电子在图形轨道上运行时能量损失,故发出能量是连续分布的同步辐射光。关于由带电粒子在圆周运动时发出同步辐射的理论考虑可追溯到1889年Lienard的工作,进一步的理论工作由 Schott,Jassinsky,Kerst及Ivanenko,Arzimovitch和Pomeranchuk 等直至1946年才完成,Blewett的研究工作首次涉及同步辐射对电子加速器操作的影响,并观察到辐射对电子轨道的影响,Lee和Blewett较详细地给出了发展史的评论。 至今,同步辐射光源的建造经历了三代,并向第四代发展。 (1)第一代同步辐射光源是在为高能物理研究建造与电子加速器和储存环上的副产品。 (2)第二代同步辐射光源是专门为同步辐射的应用而设计建造的,美国的Brokhaven 国家实验室(BNL)两位加速器物理学家Chasman和Green[1] 收稿日期:2007209217 作者简介:杨传铮(1939-),男,教授。 把加速器上使电子弯转、散热等作用的磁铁按特殊的序列组装成Chasman2Green 阵列(Lattice),这种阵列在电子储存环中采用标志着第二代同步辐射的建造成功。
7卷第11期第1 005年11月 2强激光与粒子束HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSVol.17,No.11 ,Nov.2005 文章编 号:()001-4322200511-1630-05 1 激光同步辐射作为阿秒X射线辐射源的特性研究 田友伟1, 余玮1, 陆培祥2, 何峰1, 马法君1, 徐涵1, 钱列加3 (1.中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室,上海201800; 2.华中科技大学激光技术国家重点实验室,湖北武汉430070;00433) 3.复旦大学光科学与工程系,上海2* 微分散射截面等特摘要: 研究了逆流相对论电子与激光脉冲相互作用获得激光同步辐射的频率上移、 性。发现逆流相对论电子与短脉冲激光相互作用,可以获得阿秒X射线辐射脉冲。短脉冲激光条件下得到的 后向散射光的频率上移与长脉冲激光条件下得到的后向散射光的频率上移是完全一致的,同时发现随着入射 电子初始能量的增加,散射光的准直性越来越好,后向散射光脉冲的脉宽越来越短。 关键词: 阿秒脉冲; X射线; 激光同步辐射; 频率上移; 后向散射 434.1 文献标识码: 中图分类号: O A 这些领域包括医学成像、X射线诊台式可调谐的单色X射线光源在许多领域有着非常广阔的应用前景, 断学、核共振吸收、显微术、固体物理和材料科学等。逆流相对论电子与激光脉冲相互作用的线性汤姆逊散射被认为可以获取可调谐、近单色和准直性好的X射线光源,这一方案被称作激光同步辐射(,最初是由LSS) [],,第三代同步辐射加速器的磁振荡器SranleTinEsareisher1等人提出的。在激光同步辐射方案中,pggy和F 被激光脉冲所替代,激光脉冲的波长比普通磁振荡器的波长小4个数量级,因此产生同样能量的光子,激光同步辐射所需的入射电子的能量远小于普通同步辐射源所需的能量,即用低能电子代替普通加速器中的高能电子意味着试验装置费用的大大降低。近几年来随着台式短脉冲高强度激光技术和高亮度电子加速器技术的迅2]速发展,使得激光同步辐射方案重新进入人们获取X射线光源的视野,而随着单个阿秒X射线脉冲的产生[, 已经揭开了阿秒现实应用的序幕。为了研究阿秒时间量级的超快过程中所发生的瞬态现象,就需要探索可能产生阿秒X射线脉冲的方法,我们发现逆流相对论自由
https://www.doczj.com/doc/7b16252872.html,/wiki/%E5%90%8C%E6 %AD%A5%E8%BE%90%E5%B0%84%E5%85%89%E6%BA %90 同步辐射光源 目录 ??名称 ??简介 ??特点 ??发展 同步辐射光源-名称 同步辐射光源——神奇的光 同步辐射光源-简介 人类文明史是利用和开发光资源的历史 人类生存和发展从来就离不开对“光”的利用和开发，人类的文明史是一部利用和开发“光资源”的历史。“光”是一个很大的家族，其中“可见光”只是“光家族”中的一员。 光可依其波长不同，分为无线电波、微波、红外、可见光、紫外、真空紫外、软 X射线、硬 X射线和伽马(γ)射线等。 光的波长或能量决定了它与物质的相互作用类型，如“可见光”照射人体时，会被反射到我们的眼睛，并被视网膜/视神经所感觉而“看到”人体；而当 X射线光照射人体时，则会穿透过人体，并在 X光底片上留下透过程度的影像纪录，医院里给病人做 X光透视就是这样。 光波具有衍射现象，用光探测物体或分辨两物体时，光的波长应当与物体的大小或两物体的间距相近或更短。因此，天文学家要探测宇宙星球，可以选用无线电波；航空管理者要跟踪飞机，可以选用微波(雷达)。而科学家要研究比“可见光”波长更短的物体，要“看清” 病毒、蛋白质分子甚至金属原子等微观物体，必须选用与这些微观物体大小相近或更短的波长的光束，来照射微观物体，利用光束在物质中的衍射、折射、散射等能够检测到的特性，或者利用光束与物体相互作用产生的光激发、光吸收、荧光、光电子发射等特性，来探究未知的微观世界。
新人工光源带来人类文明的新进步 光是由光源产生的，如太阳、蜡烛和电灯。其中太阳是天然光源，蜡烛和电灯是人工光源。由于可利用的天然光源所产生的光仅占整个光家族的很小部分，所以人类一直在努力开发和利用各种各样的人工光源。任何一种新人工光源的发明和利用，都标志着人类文明新的进步，如伦琴发明?X射线、爱迪生发明的电灯、二次大战中发明的微波、20世纪60年代发明的激光等，都是人工光源发展史上的重大里程碑，它们都极大地促进了人类文明的进步。20世纪60年代末出现的同步辐射光源，是被誉为“神奇的光”的又一种人工光源，它在基础科学研究和高技术产业开发应用研究中都有广泛的用途。 同步辐射光源的发展历史 电磁场理论早就预言：在真空中以光速运动的相对论带电粒子在二极磁场作用下偏转时，会沿着偏转轨道切线方向发射连续谱的电磁波。1947年人类在电子同步加速器上首次观测到这种电磁波，并称其为同步辐射，后来又称为同步辐射光，并称产生和利用同步辐射光的科学装置为同步辐射光源或装置。 30多年来，同步辐射光源已经历了三代的发展，它的主体是一台电子储存环。第一代同步辐射光源的电子储存环是为高能物理实验而设计的，只是“寄生”地利用从偏转磁铁引出的同步辐射光，故又称“兼用光源”；第二代同步辐射光源的电子储存环则是专门为使用同步辐射光而设计的，主要从偏转磁铁引出同步辐射光；第三代同步辐射光源的电子储存环对电子束发射度和大量使用插入件进行了优化设计，使电子束发射度比第二代小得多，因此同步辐射光的亮度大大提高，并且从波荡器等插入件可引出高亮度、部分相干的准单色光。第三代同步辐射光源根据其光子能量覆盖区和电子储存环中电子束能量的不同，又可进一步细分为高能光源、中能光源和低能光源。凭借优良的光品质和不可替代的作用，第三代同步辐射光源已成为当今众多学科基础研究和高技术开发应用研究的最佳光源。 同步辐射光源-特点 同步辐射光的特性 宽波段：同步辐射光的波长覆盖面大，具有从远红外、可见光、紫外直到 X射线范围内的连续光谱，并且能根据使用者的需要获得特定波长的光。 高准直：同步辐射光的发射集中在以电子运动方向为中心的一个很窄的圆锥内，张角非常小，几乎是平行光束，堪与激光媲美。
云南大学学报(自然科学版),2008,30(5):477～483CN53-1045/N ISSN0258-7971 Journal of Yunnan U niversity Ξ 同步辐射光源及其应用研究综述 曾昭权 (云南大学实验中心,云南昆明 650091) 摘要:简要回顾了同步辐射研究的历史,较详细介绍了同步辐射光源的频谱特性、光源结构、实验方法及国内外应用研究的发展状况及研究亮点. 关键词:同步辐射光源;应用研究;频谱特性;光源结构 中图分类号:O433 文献标识码:A 文章编号:0258-7971(2008)05-0477-07 同步辐射是速度接近光速的带电粒子在磁场中沿弧形轨道运行时发出的电磁辐射. 早在19世纪末,经典电动力学研究运动电荷的电磁场时,导出了运动电荷产生的李纳-谢维尔势,亦称推迟势[1].从推迟势的计算中,可以证明作匀速直线运动的点电荷不辐射能量,但加速运动的电荷将产生电磁辐射.这为马可尼发明的无线电报、赫兹发明无线电振子天线和伦琴发现的X射线提供了理论解释的基础.无线通讯和无线电广播的天线就是利用电子沿直导线作简谐运动时产生的电磁辐射,而伦琴射线则为真空中高能电子轰击金属靶时速度骤减发出的韧致辐射. 1912年肖特(G1A1Schott)发表专著[2],论述了作圆周运动电子的辐射理论.1947年哈伯(F1Haber)等在美国通用电气公司70MeV电子同步加速器上首次观察到这种辐射,由于它是在电子同步加速器上被观察到的,故称做同步辐射,英文名为Synchrotron radiation,简称SR. 1949年美国的施温格(J1Schwinger)测定了同步辐射的性质[3].此后,还有索科洛夫(A1A1Sokolov)、杰克逊(J1D1Jackson)及其他许多人,相继展开了更深入的研究.然而,直到1970年以前,电子同步加速器仅只作为高能物理学家产生高能粒子,用以研究高能物理学的工具,同步辐射作为它的伴生副产物,并未得到真正应用.相反,由于同步辐射耗费了电子的能量,使被加速粒子能量难于进一步提高;另外,为防护同步辐射对人体的危害,还加重了实验室的劳保负担. 1970年以后,人们认识到,必须对同步辐射充分加以利用,否则无异于一种极大的浪费.因此, 1970年以后新建造的电子同步加速器,一般在存储环上都备有专门的同步辐射束线输出口,沿弯转磁铁的切线方向输出辐射. 为了进一步提高光源亮度,1980年发明了扭摆器和波荡器,新建造的电子同步加速器普遍安装了扭摆器和波荡器等新型插入件,作为同步辐射的束线输出装置,使同步辐射光源亮度在原有基础上又提高了上1000倍.目前世界上运行着的大型同步辐射光源均属于这一类.电子同步加速器也因此成为专用的同步辐射光源. 扭摆器是一组极性交替变化并按周期排列的磁铁,用以产生垂直方向周期变化的磁场,电子在扭摆器中做近似正弦曲线的扭摆运动,由于扭摆磁场比电子存储环的弯转磁场高许多,输出同步辐射频谱呈连续分布,且强度也大为提高. 波荡器与扭摆器的结构类似,它与扭摆器的主要区别是磁场比弯转磁场低,磁场变化的周期短,周期数多,电子在波荡器中运动轨迹也为近似的正弦曲线,但振幅小.在一定条件下,由于光的相干效应,使输出的同步辐射亮度更进一步提高,比扭摆器的输出提高1000倍,且频谱的短波部分由原来的连续谱变为许多离散的峰组成的线状频谱. Ξ收稿日期:2007-05-08 作者简介:曾昭权(1936- ),男,四川人,教授,主要从事原子分子物理和光谱学研究.
太阳总辐射记录仪的功能特点及技术参数 太阳总辐射记录仪是一款新型专用太阳辐射监测仪器，也称为日照辐射记录仪,太阳辐射监测器等，系统具有8个辐射测量通道，可配置总辐射、直接辐射、散射、反射、净辐射、紫外、红外、光和有效、长波辐射等传感器，功能全、测量精度高，适合在工业环境中使用。内置大容量数据存储自动保存历史数据，并可根据需要设置数据存储间隔；使用配套的数据处理软件可以在电脑客户端远程监测及对数据做进一步的处理分析。总辐射记录仪可广泛用于气象、农业、太阳能、科学研究及教学等领域。 托普云农生产的总辐射记录仪也称为太阳能总辐射记录仪,日照辐射记录仪,太阳辐射监测器等。该总辐射记录仪数据保存功能强大，带语音报警功能、GPS 功能最多可储存12000组数据。可广泛用于气象、农业、太阳能、科学研究及教学等领域。 总辐射记录仪技术参数： 测量范围：0~2000w/m2 光谱范围：0.3~3 μm 灵敏度：7~14μv/w.m -2 记录容量：主机可存3万条，标配4G内存卡可无限存储 记录时间间隔：5分到99小时连续可调 经度：0~180° 纬度：0~90° 工作电源：3.7V锂电池供电
总辐射记录仪： 仪器型号：TPJ-24/TPJ-24-G 总辐射记录仪功能特点： 1、小巧美观便于携带，轻触式按键，大屏幕点阵式液晶显示，全中文菜单操作。 2、采集设置：在无人看守的情况下使用，可设置定时采集，也可手动采集。自动记录数据并存储。 3、交直流两用，内置锂电池供电：3.7v4Ah锂电池，具有充电保护、电压过低提示功能。也可长时间放置记录地点。 4、带GPS定位功能，可实时显示采集点经纬度并保存。（选配） 5、带语音播报功能，可对超限值进行语音报警设置，对超标的参数实时普通话语音播报，亦可直接播报出实时的环境参数值。 6、数据保存功能强大，设备内部Flash可存储最近3万条数据，标配4G 内存卡可无限存储，亦可与Flash中数据同时存储。 7、既可在主机上查看数据，也可导入计算机进行查看。 8、意外断电后，已保存在主机里的数据不丢失。 9、探头具有一致性，主机可通过集线器接入不同类型的传感器，互不影响精度。 10、将传感器插入主机后便可手动搜索到多种不同类别的传感器（类似于U盘和电脑相联接能自动感应）。 11、仪器具有32通道同时检测的扩展功能，可以实现多点同步检测，可按需要自行组合。 12、有线RS485通讯，传感器通讯电缆最远可以达到100米
同步辐射 百科名片 同步辐射 synchrotron radiation ，相对论性带电粒子在电磁场的作用下沿弯转轨道行进时所发出的电磁辐射。至今同步辐射装置的建造及在其上的研究、应用，经历了三代的发展。 目录 编辑本段同步辐射简介 synchrotron radiation 相对论性带电粒子在电磁场的作用下沿弯转轨道行进时所发出的电磁辐射。 同步辐射是速度接近光速（v≈c）的带电粒子在磁场中沿弧形轨道运动时放出的电磁辐射，由于它最初是在同步加速器上观察到的，便又被称为“同步辐射”或“同步加速器辐射[1]”。长期以来，同步辐射是不受高能物理学家欢迎的东西，因为它消耗了加速器的能量，阻碍粒子能量的提高。但是，人们很快便了解到同步辐射是具有从远红外到X光范围内的连续光谱、高强度、高度准直、高度极化、特性可精确控制等优异性能的脉冲光源，可以用以开展其它光源无法实现的许多前沿科学技术研究。于是在几乎所有的高能电子加速器上，都建造了“寄生运行”的同步辐射光束线及各种应用同步光的实验装置。至今，同步辐射装置的建造及在其上的研究、应用，经历了三代的发展。 编辑本段第一代同步辐射光源 是在世界各国为高能物理研究建造的储存环和加速器上“寄生地”运行的。很快地，不仅物理学家，而且化学家、生物学家、冶金学家、材料科学家、医学家和几乎所有学科的基础研究及应用研究的专家，都从这个新出现的光源看到巨大的机会。然而，在对储存环性能的要求上，同步辐
射的用户与高能物理学家的观点是矛盾的，表现在主要是由电子束的发射度所决定的同步辐射的亮度上。它使同步辐射的用户们要求建造专门为同步辐射的应用而设计的第二代同步光源。发射度由第一代装置的几百nm.rad降低到第二代同步光源的50－150nm.rad。 编辑本段第二代同步辐射光源 第二代同步辐射装置对科学技术研究的巨大推动，促使世界各国政府支持建造新一代具有更高亮度的第三代同步辐射光源。第三代同步辐射光源的储存环的发射度一般为10nm.rad量级，并籍助于安装大量的插入件(波荡器和扭摆器)，产生准相干的同步辐射光，这不但使光谱的耀度再提高了几个数量级，而且可以灵活地选择光子的能量和偏振性。 编辑本段第三代同步辐射光源 亮度比最亮的第二代光源至少高100倍，比通常实验室用的最好的X 光源要亮一亿倍以上。它使得同步辐射应用从过去静态的、在较大范围内平均的手段扩展为空间分辨的和时间分辨的手段，这就为众多的学科和广泛的技术应用领域带来前所未有的新机遇。日本的SPring-8是目前世界上能量最高的同步辐射光源，达到8GeV。我国台湾的国家同步辐射中心所拥有的大型粒子加速器及同步辐射装置是亚洲第一座第三代同步辐射光源。 编辑本段同步辐射光源特点 ①光谱连续且范围宽，由于同步辐射是非束缚态电子的辐射，所以它的光谱是连续的，从远红外、可见光、紫外直到硬X射线（104～10-1埃)。 ②辐射强度高，在真空紫外和X射线波段，能提供比常规 X射线管强度高103～106倍的光源，相当于几平方毫米面积上有100千瓦的能流。③高度偏振，同步辐射在电子轨道平面内是完全偏振的光，偏振度达 100％；在轨道平面上下是椭圆偏振；在全部辐射中，水平偏振占75％。④具有脉冲时间结构，同步辐射是一种脉冲光，脉冲宽度为0.1～1纳秒，脉冲间隔为微秒量级（单束团工作）或几纳秒到几百纳秒范围内可调（多束团工作）。 ⑤高度准直，能量大于10亿电子伏的电子储存环的辐射光锥张角小于1毫弧度,接近平行光束，小于普通激光束的发射角。⑥洁净的高真空环境,由于同步辐射是在超高真空(储存环中的真空度为10-7～10-9帕)或高真空（10-4～10-6帕）的条件下产生的，不存在普通光源中的电极溅射等干扰，是非常洁净的光源。⑦波谱可准确计算，其强度、角分布和能量分布都可以精确计算。 编辑本段应用