面形誤差對自由電子激光聚焦光斑影響的研究

張熙明 郭 智 孟祥雨 張祥志 金鉆明 王 勇

1（上海大學 上海 200444）

2（中國科學院上海應(yīng)用物理研究所 上海 201800）

3（中國科學院上海高等研究院 上海 201210）

隨著科學的發(fā)展，高端的前沿研究對光源相干性、單色光亮度提出了極高的要求［1］，而同步輻射技術(shù)的發(fā)展為現(xiàn)代科學研究的諸多領(lǐng)域解決了一大批常規(guī)光源無法解決的問題。作為第四代同步輻射源的X射線自由電子激光裝置（X-ray Free-electron Laser facility，F(xiàn)EL）有了長足的發(fā)展［2］，目前世界上已經(jīng)建成了多臺，包括德國FLASH和EuXFEL、美國 LCLS、意 大 利 FERMI、日 本 SACLA、韓 國Puhang、瑞士SwissFEL以及中國大連DCLS和中國上海軟X射線自由電子激光等裝置。在建的上海軟X射線自由電子激光裝置（Shanghai soft X-ray Freeelectron Laser facility，SXFEL）是中國第一臺X射線自由電子激光用戶裝置，其最短波長可達到2 nm［3］。

自由電子激光是電子加速器產(chǎn)生的相對論性電子束團在波蕩器中振蕩產(chǎn)生的相干輻射。實現(xiàn)自由電子激光的途徑有振蕩型、自放大自發(fā)輻射（Self Amplified Spontaneous Emission，SASE）和高增益諧波放大（High Gain Harmonic Generation，HGHG）?；罴毎上窆馐€就是基于SASE的原理，即電子束在波蕩器中自發(fā)輻射時各諧振模式相互競爭，在經(jīng)過一個長波蕩器組后，有一個模式勝出，并放大強化［4-5］。SASE自由電子激光在軟X射線和極紫外區(qū)具有重要和獨特的特性，比如超高亮度和峰值功率、完全的時空相干性、飛秒脈沖時間結(jié)構(gòu)和波長可調(diào)諧［6-8］。因此FEL技術(shù)在不同領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

自由電子激光束線中需要用高精度（面型誤差、粗糙度和高度誤差等）的反射、聚焦和色散光學元件以保證光束的成像質(zhì)量。實際光學元件在加工過程中會存在一定的面形誤差，即實際反射表面與理想平面之間的面形差異，鏡子的面形和高度誤差相關(guān)聯(lián)，會影響相干性和波前，進而影響最終的光斑。……