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
Tab.1 Comparison of main properties of the three generation
synchrotron radiation sources
目前，世界上已使用的第一代光源19台，第二代24台，第三代11台。正在建设或设计中的第三代14台，遍及美、英、欧、德、俄、日、中、印度、韩、瑞典、西班牙和巴西等国家。大概可分为三类：
第一类，是建立以VUV（真空紫外）为主的光源，借助储存环直线部分的扭摆磁体把光谱扩展到硬X射线范围，台湾新竹SRRC和合肥NSRC光源属此类。
第二类，是利用同步电子加速器能在高能和中能两种能模式下操作，可在同一台电子同步加速器（增强器）下，建立VUV和X射线两个电子储存环，位于美国长岛Brookhaven国家实验室（BNL）的国家同步辐光源（NSLS）属于此类。
第三类，是建立以X射线环为主同时兼顾VUV 的储存环，因为X射线环能提供硬X射线、软X射线或和紫外及可见光到红外的光谱分布，但长波部分的亮度较VUV环低些，当然也可用长波段进行工作，上海同步辐射装置（SSRF）就属此类。图1为上海同步辐射装置（SSRF）的平面示意图，如果增强器能分别采用高能和中能两种模式工作，在中能模式下操作，注入储存环提供光子通量较高，主要进行VUV环的工作;在高能模式下操作，只要光束线和实验站作合理布置，既能进行硬X射线、软X射线方面的工作，也能进行很多VUV方面的工作。
图1 上海同步辐射装置（SSRF）结构的平面示意图Fig.1 Planar map of structure for shanghai synchrotron radiation facility（SSRF）（4）近些年来，由于自由电子激光（FEL）技术的发展和成功应用，以及在电子储存环的应用，从自由电子激光（FEL）中引出同步辐射已经实现，这就是第四代同步辐射光源。第四代同步辐射光源的标志性参数为：①亮度要比第三
代大两个量级以上。第三代光源最高亮度已达1020ph·S-1·mrad·mm-2·(0.1BW)-1，目前第四代光源的亮度达1020ph·S-1·mrad·mm-2·(0.1BW)-1；②相干性。要求空间全相干，即横向全相干；③光脉冲长度要求到皮秒级，甚至小于皮秒级；
④多用户和高稳定性。同步辐射光源的一大特点是多用户和高稳定性，可同时有数百人进行试验。
因此有人认为，同步辐射光源就像能量广泛分布的一台超大型激光光源，特别是光的相干大大改善的第三代和第四代同步辐射光源更是如此。
关于同步辐射理论和装置方面的文献太多，文献[2-4]为该方面较新的书籍，可供需要者进一步查阅。
2 同步辐射光源构造
由图1可见，同步辐射光源由一台直线加速器、一台电子同步加速器（又称增强器，Booste）和电子储存环三大部件组成。在直线加速器产生并加速后注入增强器继续加速到设定能量后，再注入电子储存环中作曲线运动而在运行的切线方向射出同步辐射光。
2.1直线加速器
一般采用电子行波直线加速器，由以下几部分组成：
（1）电子枪它提供加速用的电子束，由发射电子的阴极、对电子束聚焦的聚焦极和吸出电子的阳极组成。通常阴极负高压为40～120keV，脉冲电流强度约几百毫安。
（2）低能电子束流输运线它将从电子枪出来的电子束注入到加速波导中，输运线上还有束流导向、聚焦、测量及聚束等装置。
（3）盘荷波导是电子直线加速器的主体，行波电子直线加速器的盘荷波导可分常阻抗和常梯度两种，前者将波导的阻抗设计得各处相同，后者则使波导上各处的加速场速度不变，通常采用前者。现在加速波导几乎都用无氧铜制成，盘荷波导的加工精度及表面粗糙度等工艺要求很高。
（4）微波功率源与微波传输系统前者提供在电子直线加速器工作频率波段建立加速电场所需的微波功率，把微波功率传输到加速波导的传输系统包括隔离器、耦合器、真空窗和吸收载荷等元件。
（5）真空系统加速波导的真空度一般应为1.3×10-3～6.7×10-5 Pa。
（6）聚焦系统包括建立纵向磁场的螺线管、磁四极透镜组及其电源与稳定调节系统，以提供电子束所需的横向聚焦。
（7）水冷与恒温系统电子行波直线加速器对温度的稳定度和温度梯度要求都很严格。
（8）束流检测系统对电子束的强度、剖面、发散度、能量、能谱、束团相宽和相位能等进行测量。
（9）控制系统负责管理和控制加速器系统的运行、保护和调整等。
（10）束流输出系统把已加速的电子束输运到增强器继续加速。
2.2电子同步加速器和电子回旋加速器
同步加速器的作用是把直线加速器出来的电子束继续加速到所需的能量，同时使束流强度和束流品质得到改善。一般采用强聚焦电子同步加速器，由下列几部分组成：
（1）主导磁铁（即二极磁铁）
引导电子束弯曲作近似圆周运动，很多块二极磁铁安放在电子束的理想轨道上，使电子回转2π角度。
（2）聚焦磁铁
在组合作用的同步加速器中设有独立的聚焦磁铁，是靠二极磁铁极面形状来实现聚焦的；对于分离作用的加速器，聚焦作用由四极磁铁来承担。无论是那种加速器，聚焦和散焦磁铁都是交替排列在电子的封闭轨道上，用F，D和O分别表示聚焦磁铁、散焦磁铁和自由空间。同步加速器的磁铁结构可写为FOFDOD，有时用B表示弯曲磁铁，故可写成FOBOD等形式。
（3）校正磁铁
二极磁铁和四极磁铁制造和安装都会偏离设计要求，故引起理想封闭电子轨道的畸变，所以必须对电子轨道进行测量和校正。校正是采用小型二极磁铁或附加在四极磁铁上的二极场绕组进行的。
（4）真空室
对磁场变化速率较快的加速器，其真空室选用高纯氧化铝陶瓷管，内壁镀一层金属镍，真空度一般要求10-5Pa。
（5）高频加速腔
电子加速是通过高频加速腔来实现的，并在固定频率下工作。电子回旋加速器(Microtron)，又称微加速器，是用改变倍频系数的方法保证电子谐频加速的回旋式谐振加速器它分普通电子回旋加速器、跑道式和超导跑道式电子回旋加速器。电子回旋加速器的加速系统主要由高频功率源、传输波导和谐振腔组成。跑道式电子回旋加速器，是把多腔结构的直线电子加速器中加速电子的部件加以组合，于是在圆形轨道的基础上增加了直线段，形状像跑道，故称跑道式电子回旋加速器。当采用超导电子直线加速器作加速设备时称超导跑道式电子回旋加速器。
2.3电子储存环
电子储存环是同步辐射光源的核心设备，它不仅主要用于积累电子，即不断地让具有所需能量电子注入并进行积累，使储存的电子流到达要求值并较长时间在储存环里循环运动，还要使储存环的能量及磁铁、聚焦结构布局符合同步辐射光源用户的需要。储存环的特征波长λc、同步辐射的亮度和用户的可容纳度是三个重要参数。一般分为X射线环和VUV环两种。储存环中的主要部件如下：（1）真空室
真空度要求在10-7Pa左右。
（2）弯曲磁铁
使电子在圆弧中运动。
（3）四极磁铁
因储存环往往可被设计成多种方式运行，即可在不同工作点上工作，因此四极磁铁的磁场梯度在较大范围内变化时都应使四极磁铁有足够好的场区。
(4)插入元件是指在储存环的直线段上插入的扭摆磁铁(Wiggler)多极多周期的扭摆器( multipole wiggler)和波荡磁体(Undulator) 等，它们的作用是在不提高储存环的能量和束流强度的条件下能得到更短波长和更高通量的同步辐射光，以扩大应用范围。射频腔和有关供电系统以补充电子束到同步辐射过程的能量损失。
4 同步辐射光源的主要特征
与一般X射线光源相比较，同步辐射光源有如下特征：
（1）高强度，更确切讲是高亮度
同步辐射X射线亮度比60kW旋转阳极X射线源所出的特征辐射的亮度分别高出3～6个数量级。描述高亮度的另一参量是光子通量，即光子/s·mm2·mrad2·10-3BW。前面提到，第二代同步辐射光源的光通量达1015～1016，第三代光源达1017～1020，到了第四代，光子能量可>1022，已大大超过高功率的激光器。从这个意义上讲，一台同步辐射光源相当于无数台激光器。
（2）宽而连续分布的谱范围
图3给出日本光子工厂( PF)同步辐射光源的光谱分布图。可见其波谱的分布跨越了从红外→可见光→紫外→软X射线→硬X射线整个范围。Wiggler和Undulator的作用也显然可见。试验所用的波长能方便地使用光栅单色或晶体单色器从连续谱中选出。谱分布的一个重要特点是临界波长λc（又称特征波长），所谓特征波长是指这个波长具有表征同步辐射谱的特征，即大于λc和小于λc的光子总辐射能量相等，0.2～10λc占总辐射功率的95%左右，故选0.2～10λc为同步辐射装置的可用波长是有充分理由的。
（3）高度偏振
同步辐射在运动电子方向的瞬时轨道平面内电场矢量具有100%偏振，遍及所有角度和波长积分约75%偏振，在中平面以外呈椭圆偏振。图4概括了不同波长的单个电子的平行偏振分量、垂直偏振分量强度与发射角的关系，由图4可知，当λ≈λc时，即曲线1，张角近似为r-1；在较短波时，张角变得较小；较长时，张角变得大得多，当λ=100λc时，张角达4r-1。
（4）脉冲时间结构
由储存环的机构引起，即由辐射阻尼现象引起，当电子从增强器注入储存环，且当注入的束团几乎充满储存环真空不能再注入电子时，由于自由振荡和同步辐射以及不断地由高频腔给电子提供能量补充，使其自由振荡的振幅越来越小，这种现象称辐射阻尼。当经过2～3倍阻尼时间后振幅已变得小得多，这就意味着束团尺寸已由注入末了时的满真空室变得只占真空的1/ 10空间了。因此可进行注入2～3倍阻尼时间的重复过程，这样即积累了电子数，而且束团的横向尺寸变小，长度也短。具体脉冲时间间隔与储存环的参数和使用模式有关，已获得范围为2.8～780ns。第三代同步辐射光源的最小光脉冲时间约达30ps。同步辐射源的脉冲时间结构能用来进行时间分辨光谱和时间分辨衍射研究，已在晶体学、化
学和生物学方面获得应用。
（5）准直性好
由于天然的准直性和低的发散度，使得有小的源尺寸。同步辐射光束的平行性可以与激光束相媲美。能量越高光束的平行性越好。
（6）同步辐射的相干性不断提高
第一代和第二代同步辐射光源的相干性较差，到了第三代光的相干性已相当好，预计第四代同步辐射光源的相干性将更好，且具有空间全相干性。
（7）同步辐射实验站的设备庞大，试样周围空间大，适宜于安装如象高低温、高压、高磁场以及反应器等附件，能进行特殊条件下的动态研究；还特别有利于安装联合试验设备，用各种方法对试样进行综合测量分析和研究。
（8）具有精确的可预算的特性，可以用作各种波长的标准光源。
（9）绝对洁净。
因为它在超高真空产生，而没有任何如阳极、阴极和窗口带来的干扰。潜在的试验问题是强度的稳定性不好，这与同步辐射光源的短暂性能有关，如储存环中电子流的变化和轨道漂移明显影响入射线的强度。所谓储存环的工作寿命是指当已注入的电子流达最大设计之后，能在储存环中循环运动中电子流损失至允许值的时间。
体依赖外界光源进行照射，从而获得能量，产生激发导至发光的现象，它大致经过吸收、能量传递及光发射三个主要阶段，光的吸收及发射都发生于能级之间的跃迁，都经过激发态。而能量传递则是由于激发态的运动。紫外辐射、可见光及红外辐射均可引起光致发光。如磷光与荧 产生激发态的分布按能量的高低可以分为三个区域。低于禁带宽度的激发态主要是分立中心的激发态。关于这些激发态能谱项及其性质的研究，涉及到杂质中心与点阵的相互作用，可利用晶体场理论进行分析。随着这一相互作用的加强，吸收及发射谱带都由窄变宽，温度效应也由弱变强，特别是猝灭现象变强，使一部分激发能变为点阵振动。在相互作用较强的情况下，激发态或基态都只能表示中心及点阵作为一个统一系统的状态。通常用位形坐标曲线[1]表示。电子跃迁一般都在曲线的极小值附近发生。但是，近年关于过热发光的研究，证明发光也可以从比较高的振动能级起始，这在分时光谱中可得到直观的图像，反映出参与跃迁的声子结构。 接近禁带宽度的激发态是比较丰富的，包括自由激子、束缚激子及施主-受主对等。当激发密度很高时,还可出现激子分子，而在间接带隙半导体内甚至观察到电子－空穴液滴。激子又可以和能量相近的光子耦合在一起,形成电磁激子(excitonic polariton)。束缚激子的发光是常见的现象，它在束缚能上的微小差异常被用来反映束缚中心的特征。在有机分子晶体中，最低的电子激发态是三重激子态，而单态激子的能量几乎是三重态激子能量的两倍。分子晶体中的分子由于近邻同类分子的存在,会出现两种效应：“红移”(约几百cm)及“达维多夫劈裂”。这两种效应对单态的影响都大于对三重态的影响。 能量更高的激发态是导带中的电子，包括热载流子所处的状态。后者是在能量较高的光学激发下。载流子被激发到高出在导带（或价带）中热平衡态的情况，通常可用电子（或空穴）温度（不同于点阵温度）描述它们的分布。实验证明，热载流子不需要和点阵充分交换能量直至达到和点阵处于热平衡的状态即可复合发光，尽管它的复合截面较后者小。热载流子也可在导带（或价带）内部向低能跃迁。这类发光可以反映能带结构及有关性质。 激发态的运动是发光中的重要过程，能量传递是它的一个重要途径。分子之间的能量传递几率很大，处于激发态的分子被看作是激子态。无机材料中的能量传递也非常重要，在技术上已得到应用。无辐射跃迁是激发态弛豫中的另一重要途径。对发光效率有决定性的影响。 应用 光致发光最普遍的应用为日光灯。它是灯管内气体放电产生的紫外线激发管壁上的发光粉而发出可见光的。其效率约为白炽灯的5倍。此外,“黑光灯”及其他单色灯的光致发光广泛地用于印刷、复制、医疗、植物生长、诱虫及装饰等技术中。上转换材料则可将红外光转换为可见光，可用于探测红外线，例如红外激光的光场等。 光致发光可以提供有关材料的结构、成分及环境原子排列的信息，是一种非破坏性的、灵敏度高的分析方法。激光的应用更使这类分析方法深入到微区、选择激发及瞬态过程的领域，使它又进一步成为重要的研究手段，应用到物理学、材料科学、化学及分子生物学等领域，逐步出现新的边缘学科。
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/996335261.html, https://www.doczj.com/doc/996335261.html,32-1749/z.2006.02.020
目录 一设计目的 (2) 二设计要求 (2) 三关键字 (2) 四设计内容 (3) 五具体步骤 (3) <1> 道路照明的国家标准 (3) <2> 道路照明的细节要求 (4) <3> 主干道照明的有关曲线图表分析 (6) <4> 次干道照明的有关曲线图表分析 (16) 参考文献资料
一：设计目的 通过对道路照明的设计首先应该学习道路照明光源种类、结构，能够根据不同的道路类型选择合适的光源；其次应用《光源原理与设计》中的理论知识来解决实际问题，对理论知识进一步的加强和巩固； 二：设计要求 1、学习DIALUX软件； 2、列出道路照明的国标，选择合适的光源及灯具； 3、道路级别有：快速路、主干路通向大型公共建筑的政府机关的 主要道路、次干路、支路，要求至少选择两种； 4、设计中应列出照明器具表、灯具的配光曲线图、渲染过后的效 果图、照度图等。 三：关键字 道路光源照度配光金属卤化物灯主干道次干道
四：设计内容 1：列出道路照明的国家标准。 2：光源灯具的选择（选用金属卤化物灯作为道路照明光源，选用单排灯具布置作为道路照明光源的排列方式）。 3：道路光源的设计（选用欧司朗单端金属卤化物灯HQI-BT 400W/D）。 4：有关参数的测试（光源的配光曲线、照度图，和每条道路的测光结果）。 五：具体步骤 <1>：道路照明的国家标准（如表1） 道路照明的国家标准（CJJ45-2006） 道路级别道路亮度（cd/cm2）路面照度（lx）炫光 限制 TI(%) 最大 初始 值环境比SR 最小值 平均亮度Lav(维持值) 总均 匀度 Uo最 小值 纵向 均匀 度Ul 最小 值 平均照 度Eav 维持值 （沥青 路面） 均匀度 Ue最小 值 快速路 1.5/ 2 0.4 0.7 20/30 0.4 10 0.5 主干路通向大型公共建筑和政府机关的主要道路，市中心和商业中心的道路1.5/ 2 0.4 0.7 20/30 0.4 10 0.5 次干路0.75 /1 0.4 0.5 10/15 0.35 10 0.5 支路0.5/ 0.75 0.4 / 8/10 0.3 15 / （表1）
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
LED灯及其发光原理 一、LED的结构及发光原理 50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。LED是英文light emitting diode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。 二、LED光源的特点 1.电压：LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压 电源更安全的电源，特别适用于公共场所。 2.效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80% 3.适用性：很小，每个单元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适 合于易变的环境 4.稳定性：10万小时，光衰为初始的50% 5.响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级 6.对环境污染：无有害金属汞 7.颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现 红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为红色的LED，随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，最后 为绿色 8.价格：LED的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几只LED的价格就可以与一只白炽灯的价格相当，而 通常每组信号灯需由上300～500只二极管构成。
光源原理考题答案
考试信息 ?时间：1月19日上午8:30~10:30 ?地点：HGX210 ?题型：判断, 选择, 填空, 名词解释, 简答, 计算 ?答疑：1月18日下午1:30~4:30, 电光源楼207 2009-01-08 源原理与设计, 复习要点 第一章光源的特性参量 1. 光波长的划分区域（P1） 2. 辐射度量和光度量, 以及它们之间的关系（辐射度量P1~4，光度量P8~12） (一)辐射度量 1.辐射能量Q e 定义：光源辐射出来的光(包括红外线、可见光和紫外线)的能量称为光源的辐射能量。 单位：J焦耳。
2.辐射通量(辐射功率)P e 定义：在单位时间内通过某一面积的辐射能量称为经过该面积的辐射通量，而光源在单位时 间内辐射出去的总能量就叫做光源的辐射通量。辐射通量也可称为辐射功率。单位：W瓦。 3.辐射强度I e 定义：光源在某一方向上的辐射强度I e是指光源在包含该方向的立体角Ω内发射的辐射通 量P e与该立体角Ω之比：I e=P e/Ω 单位：W/sr 当光源在空间各个方向发出的辐射通量均匀分布时，I e=P e/4π 4.辐射出(射)度M e 和辐照度E e M e 定义：一个有一定面积的光源，如果它表面上的一个发光面积S在各个方向(在半个空间内)的总辐射通量为P e，则该发光S超的辐射出(射)度为M e=P e/S 单位：W/m2 E e 定义：表示物体被辐射程度的量称为辐照度E e 。它是每单位面积上所接收到 的辐射通量数，即E e=dP e/dS’(s’表示接收器的面积元) 5.辐射量度L e 定义：光源在给定方向上的辐射亮度L e(φ，θ)是光源在该方向上的单位投影面积、在单位立体角中的辐射通量即L e(φ，θ)= P e（φ，θ）/（S*cosθ*Ω）S代表发光面的面积，θ是在给定方向和发光面法线之间的夹角，Ω是给定方向的立体角，P e（φ，θ）是在该立体角内的辐射通量。
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
LED光源的发光机理简介 现在随着LED产业供应连发展成熟，入门门槛低，大量小企业涌入，造成了LED产业过剩，并且由于企业产能利用率低，在市场上肯定竞争不过品牌大厂飞利浦(Philips)、欧司朗 (Osram)及GE，这些大厂通过垂直整合或策略联盟布局，积极占领LED主照明市场。无论是毛利率经过层层剥削或强敌环伺，因而小厂难逃巨大的市场压力。 中国具有丰富的有色金属资源，镓、铟储量丰富，占世界储量的70%-80%，这使我国发展半导体照明产业具有资源上的优势。到2010年，整个中国LED产业产值将超过1500亿元。日本则早在2002年耗费50亿日元推行白光照明，整个计划的财政预算为60亿日元。 随着LED的渗透急速增长速度，伴随着价格战将在2010年到来，因为LED不同于传统灯具与光源分开的销售模式，在这种压力下，有些企业无法兼顾产品品质与价格竞争力，可能会落入到并购或是被淘汰的命运。 2010年5月7日-12日，河南省照明学会组织照明专家及企业家一行赴日考察了日本照明现状，发现日本的LED照明现状并不尽如人意。 近年来，在照明领域最引人关注的事 件是半导体照明的兴起。20世纪90年代中期，日本日亚化学公司的Nakamura等人经过不懈努力，突破了制造蓝光发光二极管（LED）的关键技术，并由此开发出以荧光材料覆盖蓝光LED产生白光光源的技术。 led是LightEmittingDiode(发光二极管)的缩写。发光二极管是一种新型固态冷光源，LED的最显著特点是使用寿命长，光电转换效能高、抗震性能好、使用方便等优点，在照明系统中的应用越来越广泛。在同样照度下，LED灯的电能消耗和寿命比白炽灯和日光灯都有明显的优势。 各种白色发光方法的开发，以及新一代荧光粉的开发，已经使得LED的发光效率大幅提高，目前产业化产品已从45l m/w提高到100lm/w(到2009年，Cree公司的冷白光光效在350mA时已经超过100lm/W，而暖白光也超过75lm/W)，研究水平160lm/w，目标最高水平期望达200lm/w以上。寿命4万小时至8万小时。 一、LED光源的发光机理 与白炽灯或者气体放电灯的发光原理迥然不同。LED自发性的发光是由于电子与空穴的复合而产生的。 LED是由P型半导体形成的P层和N型半导体形成的N层，以及中间的由双异质结构成的有源层组成。有源层是发光区，利用外电源向PN结注入电子，在正向偏压作用下，N区的电子将向正方向扩散，进入有源层，P区的空穴也将向负方向扩散，进入有源层，电子与空穴复合时，将产生自发辐射光。LED因其使用的材料不同，其二极管内中电子、空穴所占的能阶也有所不同，能阶的高低差影响结合后光子的能量而产生不同波长光，也就是不同颜色的光，如红、橙光、黄、绿、蓝或不可见光等。 二、白光LED 白光LED的出现为越来越多的室内室外照明工程提供了白光LED半导体照明。白光LED的光效等都有了长足的进步 ，白光LED甚至已经开始挑战传统光源的地位。 目前获得白光LED主要有两个途径：第一个是通过荧光粉转换得到白光；第二个是把不同颜色的LED芯片封装到一起，多芯片混合发出白光。对于上述两种途径，根据参与混合白光的基色光源的数目，又可分为二基色体系和多基色体系。 荧光粉转换白光LED (1)二基色荧光粉转换白光LED 二基色白光LED是利用蓝光LED芯片和YAG荧光粉制成的。一般使用的蓝光芯片是InGaN芯片，另外也可以使用AlI nGaN芯片。蓝光芯片LED配YAG荧光粉方法的优点是：结构简单，成本较低，制作工艺相对简单，不过该方法也存在若干缺点，比如蓝光LED效率不够高，致使白光LED效率较低；荧光粉自身存在能量损耗；荧光粉与封装材料随着
赛 维公司培训资 料（保密）LED 背光的结构及发光原理 ?所谓LED 电视，就是使用LED 作为背光源的液晶电视，和传统液晶电视在技术原理上差别不大，只是采用的背光不同，传统液晶电视是CCFL 光源，LED 电视则采用LED 光源。 ? 50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。LED 是英文light emitting diode(发光二极管)的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED 的抗震性能好。? 发光二极管的核心部分是由p 型半导体和n 型半导体组成的晶片，在p 型半导体和n 型半导体之间有一个过渡层，称为p-n 结。在某些半导体材料的PN 结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN 结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED 。当它处于正向工作状态时(即两端加上正向电压)，电流从LED 阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。
赛 维公司培训资料（保密）LED 光源的特点 ?LED 是点光源,CCFL 是线光源. ?电压：LED 使用低压电源，供电电压在6-50V 之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。?效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80% ,与CCFL 相当．?适用性：体积很小，每个单元LED 小片是3-5mm 的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境。?寿命：10万小时，光衰为初始的50%。?响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED 灯的响应时间为纳秒级。?对环境无污染：无有害金属汞。 ? 颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿蓝橙多色发光。如小电流时为红色的LED ，随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，最后为绿色。 ? 价格：LED 的价格比较昂贵
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。
LED发光原理、光源特点及应用 一、LED的结构及发光 50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。LED是英文light emitting diode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。 发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的PN 结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。 二、LED光源的特点 1.电压：LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。 2.效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80% 3.适用性：很小，每个单元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境 4.稳定性：10万小时，光衰为初始的50% 5.响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级 6.对环境污染：无有害金属汞 7.颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为红色的LED，随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，最后为绿色
https://www.doczj.com/doc/996335261.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。
目录 一设计目的 .............................................. 2 二设计要求 .............................................. 2 三关键字 ................................................ 2 四设计内容 .............................................. 3 五具体步骤 .............................................. 3 <1> 道路照明的国家标准 (3) <2> 道路照明的细节要求 (4) <3> 主干道照明的有关曲线图表分析 (6) <4> 次干道照明的有关曲线图表分析 (16) 参考文献资料
1 一：设计目的 通过对道路照明的设计首先应该学习道路照明光源种类、结构，能够根据不同的道路类型选择合适的光源；其次应用《光源原理与设计》中的理论知识来解决实际问题，对理论知识进一步的加强和巩固； 二：设计要求 1、学习DIALUX软件； 2、列出道路照明的国标，选择合适的光源及灯具； 3、道路级别有：快速路、主干路通向大型公共建筑的政府机关的主要道路、次干路、支路，要求至少选择两种； 4、设计中应列出照明器具表、灯具的配光曲线图、渲染过后的效果图、照度图等。 三：关键字 道路光源照度配光金属卤化物灯主干道次干道 2 四：设计内容 1：列出道路照明的国家标准。 2：光源灯具的选择（选用金属卤化物灯作为道路照明光源，选用 单排灯具布置作为道路照明光源的排列方式）。 3：道路光源的设计（选用欧司朗单端金属卤化物灯HQI-BT 400W/D）。
光源与照明专业 一、培养目标： 本专业培养具有光源与照明专业知识和创新能力，掌握照明用光源、照明控制工程相关的理论知识与技术。具备半导体照明产品的设计、开发、制造、智能化控制、工程设计与施工、产品检测、技术管理等领域的实际工作能力，成为能从事电光源技术、照明器具的开发设计、照明供电设计、计算机应用技术、电力电子技术等领域的工作，具有分析、设计、开发、调试、运行等方面工作能力的复合型高级工程技术人才。 二、基本要求： 本专业学生主要学习电光源原理、照明工程学和光源与照明等基本理论和基本知识，受到专业实验，生产实习，毕业设计的基本训练，掌握光源与照明专业的基本能力。 毕业生应获得以下几方面的知识和能力： 1.掌握电光源原理、照明工程学、电气工程与自动化控制的基本理论、基本知识； 2.掌握照明用光源、照明控制工程相关的理论知识与技术； 3.具备半导体照明产品的设计、开发、制造、智能化控制、工程设计与施工、产品检测、技术管理等领域的实际工作能力； 4.了解本专业领域的最新进展和发展动态； 5.了解相近专业领域的一般原理和知识； 6.掌握文献检索、资料查询的基本方法，具有初步的科学研究和实际工作能力。 三、修业年限：四年 四、授予学位：工学学士 五、主干学科：电子信息工程，光信息科学与技术，电子信息科学与技术，机械设计制造与自动化 六、主要课程： 电光源原理、光辐射测量、照明设计和灯具设计、光源与照明、光源化学、光源电器原理和应用、照明工程学、电路理论、信号与系统、低频电子线路、高频电子线路、微机原理及接口技术、通信原理、单片机原理与接口技术、阴极电子学、半导体物理、半导体器件基础、半导体集成电路、集成电路工艺原理
同步辐射技术应用及发展 摘要：同步辐射是圆周运动和蛇行运动时高速电子发射的亮的电磁波，分别有连续和准单色的光谱。真空紫外软X射线、硬X射线和红外线波段是优秀的光，被应用在基础科学、工程学、生物学、医学和环境科学。本文叙述了同步辐射的特点、发生的方法及其应用实例，通过介绍其在生命科学、生物医学、高分子结构分析等领域的应用研究，说明同步辐射广泛的应用。 关键词：同步辐射，生命科学、生物医学、高分子结构分析 1 绪论 1947年，美国纽约州通用电气公司实验室的电子同步加速器首次在可见光范围内观察到了强烈的辐射，从此这种辐射被称为“同步辐射。同步辐射是强度高、覆盖频谱范围广、可以任意选择所需波长，而且连续可调，是继激光光源之后的又一种新型光源。同步辐射发现9年后，美国康奈尔大学用真空紫外波段同步辐射对稀有气体的吸收进行了系统研究，并取得了重要成果，从而使人们认识到同步辐射可作为真空紫外波段和X射线光源。直到1974年，美国斯坦福直线加速器中心的研究小组在SPEAR对撞机上用同步辐射开展物理、化学、生物学方面的研究，使同步辐射的应用得到了迅猛的发展。 1.1 同步辐射的发现 1947年4月16日，在美国纽约州通用电气公司的实验室中正在调试一台新设计的能量为70MeV的电子同步加速器，这台加速器与其他类型的电子加速器的一个重要不同点是它的真空室是透光的，原想这样可方便地观察到真空室里的装置(如电极位置)情况，但竟导致了一个重大发现。就在这一天的调试中一位技工偶然从反射镜中看到了在水泥防护墙内的加速器里有强烈“蓝白色的弧光”。经仔细分析，说明不是气体放电，而是加速运动的电子所产生的辐射，被称为同步辐射。试验指出，这种辐射光的颜色随电子能量的变化而变化。当电子能量降到40MeV时，光的颜色变为黄色;降到30MeV时，变为红色，且光强变弱;降到20MeV时，就看不到光了。同步辐射的发现在当时科学界引起了轰动，不少科学家着手研究这种辐射的性质。但在当时，这种辐射阻碍了加速粒子能量的进一步提高，使科学家感到头痛，直到同步辐射发现后约20年，科学家才逐步认识
学术干货|同步辐射光源和中子衍射在材料研究中的应用 一、什么是同步辐射光源 同步辐射(Synchrotron Radiation)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”。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同步辐射外到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。
图1 同步辐射装置示意图 二、同步辐射光源特点 与XRD相比，同步辐射的光强强很多，可以做很精细的扫描，高温或高压条件下同步辐射的优势比常规X光机衍射明显很多。尤其在超高压下，百万大气压，同步辐射的光斑可以聚焦到亚微米级别，直接测量高压下的衍射，如果同时再加高温，那就可以研究高压高温下的融化，这是常规衍射不可企及的。其特点总结如下： 1、高亮度：第三代同步辐射光源的X射线亮度是X光机的上亿倍。 2、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。
3、窄脉冲：同步辐射光是脉冲光，有优良的脉冲时间结构，其宽度在10-11~10-8秒之间可调，脉冲之间的间隔为几十纳秒至微秒量级，如化学反应过程、生命过程、材料结构变化过程和环境污染微观过程等。 4、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。 5、高纯净：同步辐射光是在超高真空(储存环中的真空度为10-7～10-9帕)或高真空（10-4～10-6帕）的条件中产生的，不存在任何由杂质带来的污染，是非常纯净的光。可精确预知：同步辐射光的光子通量、角分布和能谱等均可精确计算，因此它可以作为辐射计量，特别是真空紫外到X射线波段计量的标准光源。 6、其他特性：高度稳定性、高通量、微束径、准相干等。 三、同步辐射光源在材料研究领域的应用 以下以纳米材料为例，介绍同步辐射在材料研究中的应用 纳米材料由于尺寸小、结构复杂，其单体产生的测量信号往往不足，此外纳米材料往往不像块体材料那样具有良好的长程有序性，所以某些常规实验室用于表征块体材料的手段在表征纳米体系时可能失效。因而同步辐射技术可以在纳米体系的结构和性能表征方面发挥重要作用。 (1) 快速X射线精细谱 同步辐射快速Ｘ射线吸收精细结构（QXAFS）谱学方法具有高时间分辨的特征，不仅具备XAFS在纳米结构研究中的优势，而且由于高时间分辨的特征，极大地扩展了XAFS在纳米结构研究中的应用。利用QXAFS的时
建址区域水、电、气、通讯等基础设施齐全。张江园区可供两路互为独立的供电电源， 便于联系与设备的运输；
正常运行。建安工程只需少量装置队伍参与，以保证建安工程满足装置的需求和未来可能的改扩建工作。 作为法人单位的上海应用物理研究所，为支持上海光源建设一支高水平的装置队伍，启动了人才队伍建设计划，并提供了相关的支撑条件，从国内外招聘工程急需的科技人员。其次，通过与国内科研、教育单位密切合作，采用长期借调、短期聘用等项目聘任的方式解决工程急需的科技力量。此外，计划在线站工程、公用设施工程中部分采用合作研制的方式，重点解决工程技术人员的短缺。返聘退休的科技人员，不但发挥了他们丰富的工作经验，而且降低了工程结束后的人员分流压力；建安工程将与上海市密切合作，其中甲方的技术和管理人员将采用大部分从上海市相关部门借调的方式解决；需要大量人力的研制工作将尽量通过合同方式委托社会力量完成。人员费用由院、所共同解决。 工程科技委和顾问组 工程科技委 主任: 方守贤(中科院高能物理研究所) 副主任：冼鼎昌(高能所)、杨福家(复旦大学)、陈森玉(高能所) 成员： 加速器及综合领域—— 方守贤、冼鼎昌、杨福家、陈森玉、钱文藻、何多慧、陈佳洱、魏宝文、林郁正、樊明武、刘国治（西北核技术所）、张维岩（工程物理院） 光学工程领域—— 曹建林、阎永廉、朱健强、赵卫 材料、凝聚态物理、化学、微电子领域—— 白春礼、卢柯、候建国、王恩哥、封松林、包信和、金晓峰、洪茂椿 生物、药物、医学领域—— 陈竺、李家洋、牛立文、饶子和、陈凯先、徐学敏、凌峰 环境、地球科学及工业应用领域—— 陈同斌、许志琴、谢在库 工程总顾问——陈森玉 工程进展 1993年12月，丁大钊等三位院士建议“在我国建设一台第三代同步辐射光源”。 1995年2月，上海市政协八届三次会议期间，谢希德等7位著名科学家联名提出在上海建造第三代同步辐射光源工程的提案，受到了国家计委、国家科技部和上海市委、市政府的高度重视。