细水雾在大气窗口波段的光谱与谱带辐射特性规律

研究了细水雾在3~5μm和8~14μm这两个大气窗口波段的红外辐射特性规律。通过对光谱辐射特性规律的研究，发现光谱散射系数与光谱吸收系数近似以1/2光谱消光系数为轴成对称关系，并且随着细水雾均值粒径的增大，对称关系趋于明显；通过对谱带辐射特性规律的研究，建立了细水雾在3~5μm和8~14μm两个波段内谱带衰减系数的近似计算公式；经过误差分析发现，细水雾均值粒径大于20μm时，该近似公式可以保证三种谱带衰减系数的相对误差不超过5%。

产生超快水窗波段X射线的ESASE方案模拟

脉冲宽度在百as(1 as=10^(−18) s)量级的X射线脉冲在超快科学领域有极为重要的作用。相较于目前世界上大部分运行在自发放大辐射模式的X射线自由电子激光(FEL),增强型自发放大辐射(ESASE)模式可以显著增加电子束的峰值流强,减小FEL的增益长度,可用来产生百as量级的超快X射线。基于典型的软X射线FEL参数,对ESASE方案的参数进行了模拟优化,得到了百as量级、功率可达1 GW以上、波长可在水窗波段且可调节的X射线脉冲,为后续开展ESASE实验及其实验参数的优化提供参考。

水窗波段反射式偏振光学元件的设计和制作

水窗波段是软X射线进行生物活细胞显微成像的最佳波段,因此对于水窗波段偏振光学元件的研究有着非常重要的意义。用菲涅耳公式计算出在水窗波段内不同材料组合对应不同波长的最大反射率,模拟分析了多层膜周期和表界面粗糙度对多层膜偏振光学元件性能的影响。用超高真空磁控溅射镀膜设备,制作出2.40 nm、3.00 nm和4.30 nm波长处W/B4C多层膜偏振元件,并用X射线衍射仪对元件的周期厚度进行了测量,得到的测量结果与设计值偏差很小,可以进行实际应用。为水窗波段反射式偏振光学元件的研究提供了理论依据,同时也为相应偏振光学元件的制备确定了合适的工艺参量。

“水窗”波段等直径单模小孔波导光子筛的聚焦分析

随着加工技术的成熟和对空间分辨率要求的不断提高,光子筛小孔越来越小。对于光子筛上不同大小的圆孔,均匀平面波入射时会激发一个或多个波导模,进而导致模间色散和相位差的出现。即使小孔中只有单模传输,基模的有效折射率也与小孔的大小有关,从而会导致不同直径的小孔在出射端面处具有不同的相位。为了消除这些相位差,提出等直径小孔单模光子筛。研究了“水窗”波段中等直径小孔单模光子筛的聚焦效应,并建立了相应的高斯远场衍射模型。基于有限元软件的数值模拟确认了高斯模场的分布,并基于菲涅耳衍射积分的计算进一步确认了远场解析模型的有效性。