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对于第三代光源发射度是表征电子储存环束流品质的重要参数,第三代光源发射度小,同步光探测器是发射度测量的重要手段。测量发射度需要先测出束流截面尺寸。为了以无损方式测量上海光源电子储存环束流截面尺寸的需求,本论文开展了同步辐射空间干涉仪的研究,并与其他测量方法比较、分析了其对于微米量级小尺寸束斑测量独有的优点,并对该系统进行了系统的分析和标定,针对影响测量的一些具体因素提出解决方案并加以实施。
通过干涉仪测量束流截面尺寸的原理基于范西特-泽尼克定理:相干度等于光源强度分布函数的傅立叶变换。所以通过测量相干度再加以反傅立叶变换即可得出光源强度分布函数。考虑到束流截面分布近似于高斯分布,将高斯分布公式代入反傅立叶变换式中得到通过相干度、波长、光源到双缝的距离、双缝间距计算束流截面尺寸的公式。相干度通过对干涉条纹光强分布进行非线性曲线拟合得出,其他几项参数可直接测量。
光学系统分为前端区、引出光路、干涉仪三部分,前端区的功能是将同步辐射的可见光部分从真空器件中导出,引出光路的作用是将同步光从储存环隧道内引出至同步光实验室的光学平台上。干涉仪包含双缝、物镜、目镜、偏振片、带通滤光片、CCD摄像机等光学元件,本文对各光学元件的作用和参数做了详细的分析、说明。空问干涉仪数据采集处理软件在Windows平台上采用LabVIEW图形化编程语言进行开发,实现了原始图像数据回读、干涉条纹曲线拟合、束斑尺寸计算等功能,通过Shared Memory IOCcore技术来实现EPICS的数据接口,完成LabVIEW应用程序和控制系统之间的数据交换。
文中分析了影响干涉仪测量的各种因素,包括光学元器件的加工精度、CCD摄像机的响应曲线、曲线拟合误差、对储存环流强的依赖性、大气扰动等,估算了各种因素对测量精度的影响程度,提出了相应的解决方案并加以实施。对干涉仪进行了系统标定,确定了不同流强下的双缝间距标定系数。针对束流截面计算公式进行误差分析,总的测量误差约为4%。
同步辐射空间干涉仪在上海光源验收和机器研究过程中起到重要作用,其测量结果与理论值非常接近,而且与X-ray针孔相机的测量结果互相验证,证明了测量结果真实有效。
最后,论文对整个系统进行了总结,并给出了存在的问题以及改进和优化的方向。