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
有最重要的地位。另外，利用同步辐射在微电子机械系统（Micro Electronic Mechanical Systems, 缩写为MEMS）、功能材料、计算机和信息技术等高新技术领域，开展研究工作的份量也明显加重，这类工作常常被统称为同步辐射的工业应用。
本章将简要介绍同步辐射的基本原理，装置的构造及其在与发光学密切相关的一些领域中的应用。
图1 1947年发现同步辐射的电子同步加速器照片
2.同步辐射原理
2.1 同步辐射基本原理[1-3]
1968年，世界上第一台电子储存环能量为240兆电子伏（240MeV）的专用同步辐射装置，在美国威斯康星大学建造。据统计，全世界相继已有二十多个国家和地区，建成同步辐射装置50余台，都已投入使用，有十几台正在建设，另外，还有15台左右处于不同的设计阶段，正等待批准。北京正负电子对撞机国家实验室的同步辐射装置(BSRF)和中国科技大学国家同步辐射实验室(NSRL)
的合肥光源(HLS)分别于1989年和1991年建成并投入使用，台湾新竹同步辐射光源于1994年起对用户开放，上海光源（SSRF）也即将在上海浦东张江高科技园区建造。
几乎同于1947年，在英国曼彻斯特大学物理系，师从布莱克特教授（诺贝尔奖获得者）的中国青年物理学者朱洪元，在宇宙线研究中写成题为“论高速的带电粒子在磁场中的辐射”的论文，并在英国皇家学会会刊上发表。这也是关于同步辐射的最早期论文。其实，据《宋会要》记载，早在公元1054年7月，我国古代天文学家就观测到金牛座中天关星附近出现异象：“昼见如太白，芒角四出，色赤白，凡见二十三日。”这是人类历史上第一次详细记载超新星爆发。这颗超新星爆发后的遗迹形成今夜星空的蟹状星云（图2）。现代天文学家确认该星云的辐射，包括红外线、可见光、紫外线和X射线的宽频谱，正是超新星爆炸产生的高能电子在星云磁场作用下产生的电磁辐射，也即同步辐射。
图
2 超新星爆炸后遗迹形成的蟹状星云
当高能电子在磁场中以接近光速运动时，如运动方向与磁场垂直，电子将受到与其运动方向垂直的洛仑兹力的作用而发生偏转。按照电动力学的理论，带电粒子作加速运动时都会产生电磁辐射，因此这些高能电子会在其运行轨道的切线方向产生电磁辐射。这种电磁辐射最早是在同步加速器上观测到的，因此就称作同步加速器辐射，简称同步辐射，或同步光。
同步辐射作为光源，其主要特点可归结为：1）亮度高，譬如X光强度可以是实验室最好的转靶X光机的一万倍甚至一百万倍以上；2）光谱连续且范围宽，可从远红外到硬X射线；3)有时间结构，一般同步辐射光脉冲的脉宽为几十皮秒量级；4)具有偏振性，在储存环轨道（即电子运行轨道）平面上同步辐射是100％线偏振的，而在储存环轨道平面的上方或下方取出的同步光则是左圆偏振或右圆偏振的；5）同步光集中在弯曲轨道的切线方向一个极小的立体角内，具有准直性；6）同步辐射的光谱可精确计算，故可用作标准去校正其它光源。图3是世界上最大的同步辐射装置，日本的SPring-8 的同步辐射光谱亮度曲线，图中也给出了太阳辐射，转靶X光管以及医用X光管的光谱亮度曲线，以作比较。
第一章绪论 1.GPS：是接收人造卫星电波，准确求顶接收机自身位置的系统。 目前世界上有那些全球性的卫星导航系统？（俄罗斯GLONASS、欧洲Galileo、中国北斗、美国GPS） 欧空局的全球卫星定位系统的名称是什么？ 2. GPS系统组成： （1）空间星座部分：24颗卫星提供星历和时间信息，发射伪距和载波信号，提供其他辅助信息。 （2）用户部分：接收并观测卫星信号，记录和处理数据，提供导航定位信息。 （3）地面控制部分：中心控制系统，实现时间同步，跟踪卫星进行定轨。【5个监测站、1个主控站、3个注入站】 3. GPS按接收机用途分为三类：导航型、测量型、授时型； 接收机由天线单元、机主机单元和电源组成。 4、精密工程测量采用那种类型的GPS接收机？ 5、GPS接收机中采用的是铷钟、铯钟还是石英钟？ 6．与传统测量方法相比，GPS系统特点： 1）全球性---全球范围连续覆盖；(4~12颗)；2）全能性-—三维位置、时间、速度；3）全天侯 4）实时性----定位速度快；；5）连续性；6）高精度；7）抗干扰性能好，保密性好； 8）控制性强；9）观测站之间无需通视；10）提供三维坐标；11）操作简便。 7、gps有哪些新的应用领域 8、GPS在测量上的用途有那些？ 9.常见GPS卫星信号接收机（例举几个著名的中外GPS生产厂商）：Ashtech系列GPS接收机、Trimble(天宝)系列GPS接收机、 Leica(莱卡) 系列GPS接收机、中纬系列GPS接收机、南方系列GPS接收机、中海达系列GPS接收机 第二章 GPS定位的坐标系统与时间系统 1．天球：是指以地球质心M为中心，半径r为任意长的一个假想的球体。 黄道：即当地球绕太阳公转时，地球上观测者所见到太阳在天球上运动的轨迹称为黄道 黄赤交角：黄道平面与赤道平面的夹角ε称为黄赤交角，约为23.5° 春分点：当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时，黄道与天球赤道的交点γ称为春分点。
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名词解释: 天球：是以地球质心M为中心，半径r为任意长的一个假象的球体。 春分点：当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时，黄道与天球赤道的交点γ。 大地经纬度：表示地面点在参考椭球面上的位置，用大地经度λ、大地纬度和大地高h表示。 天文经纬度:表示地面点在大地水准面上的位置，用天文经度和天文纬度表示。 黄道：地球公转的轨道面与天球相交的大圆，即当地球绕太阳公转时，地球上的观测者所见到的太阳在天球上的运动轨迹。黄道面与赤道面的夹角称为黄赤交角，约23.5°。 赤经：为过春分点的天球子午面与过天体的天球子午面之间的夹角。 赤纬：为原点至天体的连线与天球赤道面之间的夹角。 岁差：实际上地球接近于一个赤道隆起的椭球体，在日月和其它天体引力对地球隆起部分的作用下，地球在绕太阳运行时，自转轴方向不再保持不变，从而使春分点在黄道上产生缓慢西移，此现象在天文学上称为岁差。 章动：在太阳和其它行星引力的影响下，月球的运行轨道以及月地之间的距离在不断变化，北天极在天球上绕北黄极顺时针旋转的轨迹十分复杂。如果观测时的北天极称为瞬时北天极（或真北天极），相应的天球赤道和春分点称为瞬时天球赤道和瞬时春分点（或真天球赤道和真春分点）。则在日月引力等因素的影响下，瞬时北天极将绕瞬时平北天极产生旋转，轨迹大致为椭圆。这种现象称为章动。 极移：地球自转轴相对于地球体的位置不是固定的，地极点在地球表面上的位置随时间而变化的现象称为极移。 世界时：以平子夜为零时起算的格林尼治平太阳时称为世界时。 力学时：天文学中，天体的星历是根据天体动力学理论建立的运动方程而编算的，其中所采用的独立变量是时间参数T，这个数学变量T定义为力学时。 原子时：以物质内部原子运动的特征为基础的原子时系统。 协调时：以原子时秒长为基础，在时刻上尽量接近于世界时的一种折衷时间系统，称为世界协调时或协调时。 GPS时间系统：属于原子时系统，秒长与原子时相同，但与国际原子时的原点不同，即GPST 与IAT在任一瞬间均有一常量偏差。 GPS定位：GPS定位系统靠车载终端内置手机卡通过手机信号传输到后台来实现定位。指利用人造地球卫星确定测站点位置的技术。 GPS导航：利用GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统。 绝对定位：在地球协议坐标系中，确定观测站相对地球质心的位置。 相对定位：在地球协议坐标系中，确定观测站与地面某一参考点之间的相对位置。 动态定位：在定位过程中，接收机天线处于运动状态。 静态绝对定位:接收机安置在基线端点的接收机固定不动，通过观测，确定观测站相对地球质心的位置。 静态相对定位：接收机安置在基线端点的接收机固定不动，通过连续观测，取得充分的多余观测数据，确定观测站与地面某一参考点之间的相对位置。 优点：定位精度高；缺点：定位时间长。 差分动态定位：在已知坐标的点上安置一台GPS接收机（称为基准站），利用已知坐标和卫星星历计算出观测值的校正值，并通过无线电设备（称数据链）将校正值发送给运动中的GPS接收机（称为流动站），流动站应用接收到的校正值对自己的GPS观测值进行改正，以消除卫星钟差钟差、接收机钟差、大气电离层和对流层折射误差的影响。 整周未知数：是在全球定位系统技术的载波相位测量时，载波相位与基准相位之间相位差的
GPS原理与应用复习参考 一、判断题(本大题共5小题，每小题1分，共5分)(请在答题纸上判断题答题区域作答) 1. ( V)对于GPS网的精度要求，主要取决于网的用途和定位技术所能达到的精度。精度指标通常是以相临点间弦长的标准差来表示。 2. ( X)GPS的测距码(C/A码和P码)是伪随机噪声码。 3. ( X )电离层延迟的大小与载波频率无关。 4. ( X)GPS定位直接获得的高程是似大地水准面上的正常高。 5. ( X )图形强度因子是一个直接影响定位精度、但又独立于观测值和其它误差之外的 一个量。其值恒大于1,最大值可达100，其大小随时间和测站位置而变化。在GPS测量中, 希望DOF越小越好。 二、判断题(本大题共5小题，每小题1分，共5分)(请在答题纸上判断题答题区域作答) 1. (X)GPS测得的站星之间的伪距就是指GPS卫星到地面测站之间的几何距离。 2. ( V ) C/A码的码长较短，易于捕获，但码元宽度较大，测距精度较低，所以C/A码又称为捕获码或粗码。 3. ( V) GPS的空间部分(卫星星座部分)由21颗工作卫星、3颗备用卫星组成，均匀分布在6个轨道上。 4. ( X ) GPS定位直接获得的高程是似大地水准面上的正常高。 5. ( X ) GPS静态定位之所以需要观测较长时间，其主要目的是为了削弱卫星星历误差的 影响。 三、填空题(本题共15空，每空1分，共15分)(请在答题纸上填空题答题区域作答) 1. 按照《规范》规定，我国GPS测量按其精度依次划分为AA A、B、CD E六级，其中 C级网的相邻点之间的平均距离为15?10km最大距离为40 km 。 2. GPS定位系统包括空间部分、地面控制部分和用户设备部分。 3. 从误差来源分析，GPS测量误差大体上可分为以下三类：与卫星有关的误差，与信号传播有关的误差和与接收设备有关的误差。 4. 美国国防部制图局(DMA于1984年发展了一种新的世界大地坐标系，称之为美国国防 部1984年世界大地坐标系，简称WGS-84 。 5. 三台或三台以上接收机同步观测所获得的基线向量构成的闭合环称为同步环。 6. 在定位工作中，可能由于卫星信号被暂时阻挡，或受到外界干扰影响，引起卫星跟踪的 暂时中断，使计数器无法累积计数，这种现象叫周跳。 7. 在接收机和卫星间求二次差，可消去两测站接收机的相对钟差改正。 8. 利用GPS进行定位有多种方式，如果就用户接收机天线所处的状态而言，定位方式分为 . 静态定位禾口动态定位；若按参考点的不同位置，又可分为单点定位和相对 定位。 9. GPS卫星信号是由载波、导航电文、和测距码三部分组成的。 10. 对流层延迟改正模型中的大气折射指数N与温度、气压、湿度等 因素有关。 11. 差分GPS按观测值的类型可分为伪距差分和相位差分。 12. 目前正在运行的全球卫星导航定位系统有GPS 和GLONASS 。我国组建的第一代卫星导航定位系统称为北斗卫星导航系统,欧盟计划组建的卫星导航定位系统称 为Galileo 系统。 13. 在接收机间求一次差后可消除卫星钟差参数，继续在卫星间求二次差后可消除接_
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
1 同步辐射概括 同步辐射(synchrotron radiation)是速度接近光速的带电粒子在磁场中做变速运动时放出的电磁辐射，一些理论物理学家早些时候曾经预言过这种辐射的存在。这些预言，大多是针对其负面效应而作出的。以加速电子为例，建造加速器令电子在其中运行，通过磁场增加电子的速度，从而得到高能量，视为正面效应；然而在加速器中转圈运行的电子一定要放出辐射，从而丢失能量，视为负面效应。通过得失的平衡，给出了加速器提速的限制。1947年，位于美国纽约州Schenectady的通用电气公司实验室(GE lab)在调试新建成的一台70MeV电子同步加速器时首次观测到了同步辐射的存在。同步辐射是加速器物理学家发现的，但最初它并不受欢迎，因为建造加速器的目的在于使粒子得到更高的能量，而它却把粒子获得的能量以更高的速率辐射掉，它只作为一种不可避免的现实被加速器物理学家和高能物理学家接受。但同步辐射的能量高、亮度大、发射度低、脉冲时间短、能量连续可调等的相对于台式光源所不具有的部分优异特性却吸引了固体物理学家的注意，将其引用于X射线谱学研究领域。而20年后随着第一代同步辐射光源的纷纷建立，同步辐射摆脱了作为加速器负效应的形象，基本确立了同步辐射及其相关谱学技术在固体物理研究领域的学术地位，并且在最近50年的发展中将同步辐射的应用领域大大扩展，成为现代科学研究前沿的不可或缺的工具，同时也是衡量一个国家是否具有学科研究领军能力的少数几个大型科学装置之一。目前在中国现在共有4个同步辐射光源装置：1991年开始运行的北京光源(BSRF)属第一代同步辐射光源；1992年开始运行的合肥光源(NSRL)属第二代同步辐射光源；1994年建成的台湾光源(SSRC)以及2007年开始运行的上海光源(SSRF)属第三代同步辐射光源。同时预计“十三五”期间内建设在北京光源所在地的高能光子源（HEPS）将成为亮度、发射度超越世界目前同步辐射光源先进水平的第三代光源，而在上海光源所在地规划建设的X射线自由电子激光（XFEL）将拥有更高的亮度和完全的相干性成为新一代光源。本项目组的成员已于2014年和2015年分别参加了“第三届两岸同步辐射学术研讨会”和“2015年BSRF用户学术年会暨专家会”，紧跟同步辐射技术和应用的前沿，积极与相关领域的领军学者交流学科进展，听取同步辐射应用的相关建议，目前已经有了一套应用同步辐射光源进行生物冶金研究的具体方案，并积极准备申报北京光源的重点课题。 2 同步辐射谱学技术 随着同步辐射光源的快速发展，各国学者探索出了大量常规、原位、超快的紫外、深紫外、软X射线、X射线谱学和成像技术，例如X射线吸收精细结构（XAFS）、X射线吸收近边结构（XANES）、小角X射线散射（SAXS）、同步辐射X射线衍射（SR-XRD）等大量X射线谱学技术，以及纳米、微米计算机断层成像分析技术（CT）、荧光成像技术（XRF）等成像技术。同步辐射在以矿物为研究对象的科学研究领域上已经得到了广泛的应用，例如其在表面科学、生物材料、生物地球化学、地球化学、环境科学与工程、材料科学、矿物学、考古学等诸多学科领域和学科交叉领域上的应用已经得到了长足发展，各个领域发表的与矿物研究相关的高水平文章已达400篇以上。 X射线衍射（XRD）技术是应用最广泛的X射线谱学技术之一，自其于上个世纪初成功地应用于固体晶体结构解析之后，XRD就成为了固体物理材料解析最为重要的工具。在晶体中其空间点阵可以按不同的方向划分为一簇平行而等间距的平面点阵，不同簇的点阵可以用点阵面指标或晶面指标（hkl）表示。不同簇的平面点阵具有不同的面间距d hkl，可以视为具有不同密度的光栅，X射线照射到这些光栅时会发生衍射，根据光栅衍射的公式可以推导出著名的布拉格方程：2d hkl sinθ=nλ；该公式指出了X射线波长、平面点阵间距和衍射角的关系，为应用XRD进行晶体结构解析的基本依据。XRD可以分为粉末衍射和单晶衍射两种应用方式，其中粉末衍射应用较为广泛，它可以给出固体结构在多晶凝聚态结构、晶体结
《GPS定位原理及应用》 第一章绪论 1.1 GPS卫星定位技术的发展 1.1.1 早期的卫星定位技术 1、无线电导航系统 罗兰--C：工作在100KHZ，由三个地面导航台组成，导航工作区域2000KM，一般精度200-300M。 Omega（奥米茄）：工作在十几千赫。由八个地面导航台组成，可覆盖全球。精度几英里。 多卜勒系统：利用多卜勒频移原理，通过测量其频移得到运动物参数（地速和偏流角），推算出飞行器位置，属自备式航位推算系统。误差随航程增加而累加。 缺点：覆盖的工作区域小；电波传播受大气影响；定位精度不高 2、早期的卫星定位技术 卫星三角网： 以人造地球卫星作为空间观测目标，由地面观测站对其进行摄影测量，测定测站至卫星的方向，来确定地面点的位置的三角网。 卫星测距网： 用激光技术测定测站至卫星的距离作为观测值的网则称为卫星测距网。 20世纪60～70年代，美国国家大地测量局在英国和德国测绘部门协助下，建立了一个共45个点的全球卫星三角网，点位精度5米。 卫星三角网的缺点： 易受卫星可见条件和天气条件影响，费时费力，定位精度低。 1.1.2 子午卫星导航（多普勒定位）系统及其缺陷 多普勒频移： 多普勒效应是为纪念Christian Doppler而命名的，他于1842年首先提出了这一理论。 他认为电磁波频率在电磁源移向观察者时变高，而在波源远离观察者时变低。因此可利用频率的变化多少来确定距离的变化量。 多普勒效应的一个常被使用的例子是火车，当火车接近观察者时，其汽鸣声会比平常更刺耳。你可以在火车经过时听出刺耳声的变化。同样的情况还有：警车的警报声和赛车的发动机声。 子午卫星导航系统(NNSS)： 将卫星作为空间动态已知点，通过在测站上接受子午卫星发射的无线电信号，利用多普勒定位技术，进行测速、定位的卫星导航系统。 子午卫星导航系统的优点： 经济快速、精度均匀、不受天气和时间的限制，且可获得测站的三维地心坐标。 子午卫星导航系统的缺点： 由于卫星数量少，故不能实时定位、定位时间长、定位精度也低。 1958年，美国为解决北极星核潜艇在深海航行和执行军事任务而需要精确定位的问题，开始研制军用导航卫星，命名为“子午仪计划”。1960年4月，美国发射了世界第一颗子午导航卫星，传统的无线电导航系统从此被这种新的导航方式取代。美国1964年建成子午导航卫星系统，主要由美国海军使用，到1967年开始正式向民用开放。由于该系统卫星数目较小（5-6颗），运行高度较低（平均1000KM），从地面站观测到卫星的时间隔较长（平均1.5h），因而它无法提供连续的实时三维导航，而且精度较低。单点定位精度约为30—40米，每次定位约需8—10分钟。而各测站观测了公共的17次合格的卫星通过时，联测定位的精度才能达到0.5米左右。子午导航卫星系统是低轨道导航卫星，它集中了远程无线电导航台全球覆盖和近程无线电导航台定位精度高的优点，仅用4颗卫星组成的太空导航星座就能提供全天候全球导航覆盖和周期性二维（经纬度）定位能力，使全球用户统一于地心坐标系进行高精度定位，使导航技术产生了革命性突破。 70年代中期，我国利用引进的多普勒接收机进行了西沙群岛的大地测量基准联测，国家测绘总局和总参测绘局联合测设了全国卫星多普勒大地网，石油和地质勘探部门也在西北地区测设了卫星多普勒定位网。
同步辐射应用专题 简答60分（任选4题） 1。组合材料学通过在一块基片上合成大量密集排列的微量材料样品阵列，并快速表征每个微量样品的特性，筛选/优化新材料。在此工作中同步辐射可以发挥很大的作用，现已发展了哪些手段，并用于哪些材料性质的表征？ 2。同步辐射紫外单光子电离与传统的电子轰击电离相比有哪些优势？ 3。与投射电镜相比，软x射线显微术主要有哪些优势？ 4。何谓VUV光子的量子剪裁？试以Gd-Eu为例图示说明其光跃迁过程？ 5。以铜粉为例，简述XAFs实验步骤和数据分析过程？ 6。什么是费米面？测量费米面的意义和在？ 7。激光的强度高，单色性好，为什么好多国家还要拼命建同步辐射装置？现在新建的同步辐射装置与二代光源有什么区别？ 8。吸收光谱的原理是什么？同步辐射吸收光谱有哪几类？他们的特点和研究的对象，目的各是什么？ 9。简述X射线显微原理和分类，同步辐射显微书和常规光源显微术的区别是什么？ 10。同步辐射可研究磁性材料，简述其原理和对同步辐射光束线的要求？ 填空题：20分 1。光电子能谱中E k=hv-E b-?，各项的物理意义 2。软x磁性园二色中电偶极跃迁的选择定则（） 3。同步辐射X射线高分辨衍射利用了同步辐射的什么特点？ 4 （Ramman 散射） 5。声子色散谱 6。计量站同步辐射的光谱覆盖范围 7。填σa（截面） 选择20分（这里只有一部分） 1。目前成熟的软x射线显微利用了x射线的什么特点？散射 2。X射线衍射动力学研究对象是？单晶 3。极紫外的光谱范围？5-100nm 4。X射线动力学是将单个电子作为整体与点磁场相互作用的结果，他能够解释反常散射。5。VUV用于绝缘体类固体发光材料研究较多，因为能及间隔大。
浅谈GPS原理及其应用 随着科技和制造业的进步，众多科技含量较高的产品被越来越广泛地应用在生活中，卫星导航定位系统就是一个很好的应用实例，其中以美国的GPS系统应用最为普遍，常见的如：车载GPS导航仪、智能手机中的电子地图导航功能等。在本人的教学工作中，多次遇到学生询问于此相关的问题，本文就GPS的原理及应用进行简述。 1．卫星导航定位系统含义及概况 定位，顾名思义就是确定某一个目标的位置，就是要搞明白“我在哪里”的问题。导航，就是对某一目标（汽车或者飞机等）运动时的连续定位，就是搞明白“我走了哪些路”，或者“我将要走哪条路”。随着航天、通讯等科技的发展，人造卫星也被用来定位和导航，其能够提供全球性的，全天候的，高精度、实时的导航定位服务，以及授时服务。 全球卫星导航系统有好几种，美国的GPS 、俄罗斯的GLONASS、我国的Compass（北斗）、欧洲的伽利略（Galileo）系统，可用卫星数目达到100颗以上[1]。其中在全球范围内应用最成熟、最广泛的就是美国的GPS系统。GPS系统始于1973年的美国国防部批准的“导航卫星定时和测距/全球定位系统”，简称GPS（即Global Positioning System，全球定位系统），被誉为人类在20世纪仅次于计算机之后的最为重大的发明。 2．GPS系统的基本定位原理 GPS系统的基本配置是24颗卫星构成，卫星位于6个地心轨道上，每个轨道有4颗卫星，每个轨道接近于圆形，与赤道面的倾斜夹角为55°，沿赤道以60°间隔均匀分布[2]，形成了对地球的网络包围，图1表述了GPS卫星的星座分布。轨道的半径约为26600km，也就是高度大约离地面20200km，轨道的周期是半个恒星日，约11.976个小时。理论上，在地球表面的绝大多数地点都能观测到的有效卫星颗数≥4颗。而4颗或者更多的GPS卫星就能够确定每天24小时内地球表面上任何地点观测者（观测设备）的位置了。如图2所示。 图2 GPS定位示意图 每一颗GPS卫星都携带有铯原子钟和（或）铷原子钟，为发射信号提供高精度时间信息的，GPS卫星在工作时，以一定的频率（两个频率，1575.42MHz 和1227.6MHz）向地球发射无线电波信号，其报文的主要信息是该电波信号发出时刻的时间信息，用户接收机无源工作（即只接收信号），接收能观测到GPS卫星的电波信号，并标记出收到该电波信号的接收时刻，算出该电波从发射到被接收的传播时间，已知电波是以光速传播的，就可以用传播时间来计算出到接收机到GPS卫星的距离。 在以地心为坐标原点的WGS-84地心坐标系三维空间中，如果能够知道到达不在同一条直线上的3颗卫星的距离，那么就可以确定该接收机在地球附近所在的位置。在一段时间内连续观测，就可以得出接收机的经纬度和高度变化情况，于是就得出了接收机移动的方向和速度了。由于GPS定位是依靠时间差来实现距离计算的，所以必须需要第4颗卫星给接收装置提供时钟修正信息，使接收机时钟与卫星时钟同步。 实现定位之后，就可以在应用设备上记录目标移动时所经过的路径，并且可以经过估计和计算，对某预定地点提供导航服务。
GPS原理及应用复习题目 一．名词解释 1二体问题：2真近点角、平近点角、偏近点角：3多路径效应：4无约束平差和约束平差5．章动6．异步观测7．接收机钟差8．周跳9．三维平差10．岁差11．同步观测12．卫星钟差13．整周未知数14．二维平差 二．填空题 1.GPS工作卫星的地面监控系统包括__________ 、__________ 、__________ 。 2.GPS系统由__________ 、__________ 、__________ 三大部分组成。 3.按照接收的载波频率，接收机可分为__________ 和__________接收机。 4.GPS卫星信号由、、三部分组成。 5.接收机由、、三部分组成。 6.GPS卫星信号中的测距码和数据码是通过技术调制到载波上的。 7. 1973年12月，GPS系统经美国国防部批准由陆海空三军联合研制。自1974年以来其经历了、、三个阶段。 8.GPS 卫星星座基本参数为：卫星数目为、卫星轨道面个数为、卫星平均地面高度约20200公里、轨道倾角为度。 9.GPS定位成果属于坐标系，而实用的测量成果往往属于某国的国家或地方坐标系，为了实现两坐标系之间的转换，如果采用七参数模型，则该七个参数分别为，如果要进行不同大地坐标系之间的换算，除了上述七个参数之外还应增加反映两个关于地球椭球形状与大小的参数，它们是和。 10.真春分点随地球自转轴的变化而不断运动，其运动轨迹十分复杂，为了便于研究，一般将其运动分解为长周期变化的和短周期变化的。 11.GPS广播星历参数共有16个，其中包括1个，6个对应参考时刻的参数和9个反映参数。 12．GNSS的英文全称是。 13．载体的三个姿态角是、、。 14、GPS星座由颗卫星组成，分布在个不同的轨道上，轨道之间相距°，轨道的倾角是°，在地球表面的任何地方都可以看见至少颗卫星，卫星距地面的高度是km。 15、GPS使用L1和L2两个载波发射信号，L1载波的频率是MHZ，波长 是cm，L2 载波的频率是MHZ，波长是cm。 16、GPS卫星除了受到引力之外，还受到地球引力场摄动力、光压摄动力、大气阻力、摄动力等的摄动力的影响，因此卫星的运动实际上是。
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/c413915259.html, https://www.doczj.com/doc/c413915259.html,32-1749/z.2006.02.020
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
1、坐标转换需要那几个参数？ 七参数布尔莎模型：即X平移，Y平移，Z平移，X旋转（WX），Y旋转（WY），Z 旋转（WY），尺度变化（DM）。若得七参数就需要在一个地区提供3个以上的公共点坐标对（即北京54坐标下x、y、z和西安80坐标系下x、y、z），可以向地方测绘局获取。 2、子午面、黄道、天球赤道面、天轴、春分点、升交点、升交点赤径几大参数的含义？ 天球：天文学等领域中，天球是一个想象的旋转的球体，理论上具有无限大的半径，与地球同心。天空中所有的物体都想象成是在天球上。与地球相对应，它有天赤道，天极。 子午面：与地球自转轴平行，或包含地球椭球体短轴的平面。是量度经度的起始面或终止面，通过物点和光轴的截面称为子午面。轴上物点有无数个子午面，而轴外物点只有一个子午面。与子午面垂直相交的面称为弧矢面。 黄道：地球绕太阳公转的轨道平面与天球相交的大圆。由于地球的公转运动受到其他行星和月球等天体的引力作用，黄道面在空间的位置产生不规则的连续变化。但在变化过程中，瞬时轨道平面总是通过太阳中心。这种变化可以用一种很缓慢的长期运动再迭加一些短周期变化来表示。 天球赤道面：天球赤道是把我们的天空想象成一个密闭的球,将我们地球的赤道投射到这个天球上.天赤道有无限的直径和周长. 天轴：将地轴无限延长，所得到的直线叫天轴，当然，天轴也是一根假想的轴。天轴与天球的交点就叫天极，和地球上北极所对应的那一点叫北天极，或天球北极；和地球上南极对应的那一点叫南天极,也称天球南极. 春分点：从地球上看，太阳沿黄道逆时针运动，黄道和赤道在天球上存在相距180°的两个交点，其中太阳沿黄道从天赤道以南向北通过天赤道的那一点，称为春分点，与春分点相隔180°的另一点，称为秋分点，冬至后，太阳从南向北移动，在春分那一天通过这一点。太阳分别在每年的春分（3月21日前后）和秋分（9月23日前后）通过春分点和秋分点。 升交点：卫星自南向北运动，卫星轨道上升段和赤道面的交点 升交点赤径：含地轴和春分点的子午面与含地轴和升交点的子午面之间的交角 3、岁差、章动的含义 岁差：地轴绕着一条通过地球中心而又垂直于黄道面的轴线的缓慢圆锥运动，周期为26000年，由太阳、月球和其他行星对地球赤道隆起物的吸引力所造成，结果是春分点逐渐向西移动。 章动：由于月球、太阳和各大行星与地球之间的相对位置存在周期性变化，因此作用在地球赤道隆起部分的力矩也在发生变化，地月系质心绕日公转的轨道面也存在周期性的摄动，因此，在岁差上的基础上还存在各种大小和周期各不相同的微小的周期性变化。 4、参心坐标系、地心坐标系的定义及差异 参心坐标系：是以参考椭球几何中心为原点的大地坐标系；通常分为：参心空间直角坐标系（以X,Y,Z为其坐标元素）和参心大地坐标系（以B,L,H为其坐标元素）参心坐标系是在参考椭球内建立的O-XYZ坐标系，原点O为参考椭球的几何中心，X轴与赤道面和首子午面的交线重合，向东为正。Z轴与旋转椭球的短轴重合，向北为正。Y轴与XZ平面垂直构成右手系。 地心坐标系：以地球质心为原点建立的空间直角坐标系，或以球心与地球质心重合的地球椭球面为基准面所建立的大地坐标系，通常分为地心空间直角坐标系(以x，y，z为其坐标元素)和地心大地坐标系(以B，L，H为其坐标元素)。地心坐标系是在大地体内建立的O-XYZ坐标系。原点O设在大地体的质量中心，用相互垂直的X，Y，Z三个轴来表示，X
GPS原理与应用复习题 GPS测量试卷A卷 一、填空（每空0.5分，共10分） 1、GPS系统包括三大部分：空间部分—GPS卫星星座；地面控制部分—地面监控系统；用户部分—GPS接收机。 2、GPS系统的空间部分由21颗工作卫星及3颗备用卫星组成，它们均匀分布在6个近似圆形轨道上。 3、GPS工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。 4、GPS卫星位置采用WGS-84大地坐标系。 5、GPS系统中卫星钟和接收机钟均采用稳定而连续的GPS时间系统。 6、GPS卫星星历分为预报星历(广播星历)和后处理星历（精密星历）。 7、GPS接收机依据其用途可分为：导航型接收机、测地（量）型接收机和授时型接收机。 8、在GPS定位工作中，由于某种原因，如卫星信号被暂时阻挡，或受到外界干扰影响，引起卫星跟踪的暂时中断，使计数器无法累积计数，这种现象称为整周跳变（周跳）。 9、根据不同的用途，GPS网的图形布设通常有：点连式、边连式、网连式和边点混合连接四种基本方式。选择什么样的组网，取决于工程所要求的精度、野外条件及GPS接收机台数等因素。 二、名词解释（每题3分，共18分） 1、伪距：就是由卫星发射的测距码信号到达GPS接收机的传播时间乘以光速所得出的量侧距离。由于卫星钟、接收机钟的误差以及信号经过电离层和对流层的延迟，量侧距离的距离与卫星到接收机的几何距离有一定的差值，因此，称量侧距离的伪距。 2、GPS相对定位：是至少用两台GPS接收机，同步观测相同的GPS卫星，确定两台接收机天线之间的相对位置。 3、观测时段：测站上开始接收卫星信号到观测停止，连续工作的时间段称为观测时段，简称时段。 4、同步观测环：三台或三台以上接收机同步观测获得的基线向量所构成的闭合环。 5、后处理星历：一些国家某些部门，根据各自建立的卫星跟踪占所获得的对GPS 卫星的精密观测资料，应用与确定广播星历相似的方法而计算的卫星星历。由于这种星历是在事后向用户提供的在其观测时间内的精密轨道信息，因此称为后处理星历。 6、静态定位：如果在定位时，接收机的天线在跟踪GPS卫星过程中，位置处于固定不动的静止状态，这种定位方式称为静态定位。 三、简答（每题6分，共36分） 1、简述GPS系统的特点。 答：①定位精度高；（1分）②观测时间短；（1分）③测站间无需通视；（1分）④可提供三维坐标；（1分）⑤操作简便；（0.5分）⑥全天候作业；（1分）⑦功
GPS原理与应用 1.选择题10 1.（）年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功，标志着人类进入 了空间技术的新时代。 1961 1957 1972 1947 2.美国海军导航卫星系统是美国第一代卫星导航系统，由于该系统卫星轨道 都通过地球极点，故也称（）卫星系统。 子午 GPS GLONASS NAVSAT 3.GPS系统的空间部分由21颗工作卫星及3颗备用卫星组成，它们均匀分布 在（）个相对与赤道的倾角为55°的近似圆形轨道上。 3 6 4 8 4..GPS工作卫星的主体呈圆柱形，整体在轨重量为843.68㎏，它的设计寿命 为（）年，事实上均能超过该设计寿命而正常工作。 10 15 7.5 9
5..GPS定位是一种被动定位，必须建立高稳定的频率标准。因此每颗卫星上都 必须安装高精确度的时钟。当有1×10- 9s的时间误差时，将引起（）㎝的距离误差。 100 30 80 120 6..GPS定位的实质就是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采 用空间距离（）交会的方法，确定待定点的空间位置。 后方 前方 侧方 方向线 7..当地球自转360°时，卫星绕地球运行两圈，环绕地球运行一圈的时间为 11小时58分。卫星在天空中的可见时间约为（）。 7小时 8小时 5小时 6小时 8.在卫星大地测量中常用的坐标系是（）。 地心坐标系 参心坐标系 9.现在，我国使用的大地坐标系除1954年北京坐标系外还使用（） 坐标系。 WGS-84 1980年国家大地 10.我国大地坐标系的原点设在（）。 山东省青岛市
陕西省泾阳县 11..我国采用（）区的区时作为统一的标准时间，称为北京时间。 东8 东9 12..计量原子时的时钟称为原子钟，常用的有铯原子钟、铷原子钟和氢原子钟三 种，国际上是以（）原子钟为基准的。 铯 铷 13.协调世界时的秒长采用（）的秒长，时刻采用世界时的时刻。所以严格地 讲，这不是一种时间系统，而是一种使用方法。 历书时 原子时 14..卫星钟采用的是GPS时，它是由主控站按照美国海军天文台（USNO）的协 调世界时（UTC）进行调整的。在（）年1月6日零时对准，不随闰秒增加。 1980 1985 15..1884年在美国华盛顿召开的国际会议决定采用一种分区统一时刻，把全球 按经度划分为（）个时区，每个时区的经度差为15 。 36 24 16..当GPS定位确定了测站点的大地高H后，可按h=H-N求出该点的正高h， 式中N为该点的WGS-84大地水准面（）。 差距 偏差 17.GPS工作卫星的地面监测部分由一个主控站, （）个注入站和五个监测站组 成。 三
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。