中能X射線自由電子激光SASE脈沖在Cr/B4C多層膜結構上的反射特性

王 月李 賓

1（中國科學院上海應用物理研究所 上海201800）

2（中國科學院上海高等研究院上海同步輻射光源 上海201204）

3（上海科技大學物質科學與技術學院 上海201210）

4（中國科學院大學 北京100049）

自由電子激光器（Free Electron Laser，FEL）［1］可以在X射線波段內產生飛秒（femtosecond，fs）時間尺度的脈沖，并通常采用自放大自發輻射（Self-Amplified Spontaneous Emission，SASE）的模式［2-3］。SASE FEL產生的飛秒脈沖具有極高的峰值強度和亮度［4-5］，這一性質為前沿科學和技術領域帶來了新的機遇和挑戰，例如其中一個重要的應用是利用高亮度超短X射線脈沖探索原子［6-7］或分子的超快動力學過程［8-9］。X射線FEL脈沖光束從光源到實驗站的傳輸過程要經過相當長的光束線［10］，在該過程中，X射線脈沖要經過很多的光學鏡面來進行光束反射［11］、聚焦［12-13］、單色化［14］等操作。特別地，在進行時間分辨實驗時，X射線脈沖光束需要被送入一個分光和延遲單元（Split-and-Delay Unit）［15-16］，以產生有一定時間延遲的泵浦和探針脈沖對，達到相應的實驗條件。

然而，在設計光束線與光束線有關的反射鏡的過程通常會遇到兩個問題：其中一個問題是當使用單層表面涂層或單塊基底材料［11，17］做反射鏡面時，X射線在其表面極小的掠入射角（毫弧度量級）將導致反射鏡表面上有非常大的光斑，這需要有一個高精度的鏡面制備工藝，以減小因鏡面面型或粗糙度導致的光束傳輸誤差，然而高精度制備工藝難于實現而且代價高昂。另一個問題是正入射或大角度掠入射的X射線光束入射在晶體上會引發嚴重的輻射吸收和熱負荷，進而造成光學器件的失效或損壞［18］。……