Coherent Sources of Xuv Radiation pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Jaegle, Pierre

出品人:

页数:432

译者:

出版时间:2005-12

价格:$ 310.75

装帧:HRD

isbn号码:9780387230078

丛书系列:

图书标签:

XUV辐射
相干光源
等离子体物理
激光物理
原子物理
光谱学
辐射源
高次谐波产生
软X射线
真空紫外光

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具体描述

Extreme ultraviolet radiation, also referred to as soft X-rays or XUV, offers very special optical properties. The X-UV refractive index of matter is such that normal reflection cannot take place on polished surfaces whereas beam transmission through one micrometer of almost all materials reduces to zero. Therefore, it has long been a difficult task to imagine and to implement devices designed for complex optics experiments in this wavelength range. Thanks to new sources of coherent radiation - XUV-lasers and High Order Harmonics - the use of XUV radiation, for interferometry, holography, diffractive optics, non-linear radiation-matter interaction, time-resolved study of fast and ultrafast phenomena and many other applications, including medical sciences, is ubiquitous.

深入探索：X射线与高能光子的产生、特性及应用本书聚焦于产生、表征和应用高能光子流的尖端科学与工程实践，重点关注软X射线波段（SXR）及更短波长辐射的生成机制，及其在材料科学、生物成像和基础物理研究中的革新潜力。本书旨在为从事相关领域研究的物理学家、工程师以及研究生提供一份详尽的理论基础、实验技术指南和前沿应用综述。第一部分：高能光子源的理论基础与前沿进展本书首先系统回顾了产生高能光子的基本物理原理，并深入探讨了当前主流光源的技术瓶颈与未来发展方向。第一章：电磁辐射的产生与表征本章详细阐述了从加速带电粒子到产生相干或非相干高能辐射的电动力学基础。重点分析了偶极辐射、束流能量损失与辐射功率的关系。深入讨论了脉冲辐射的傅里叶变换特性，强调了在时间域（飞秒/阿秒）和能量域（光谱分辨率）对辐射特性的精确控制需求。第二章：经典与量子辐射机制本章区分了基于经典加速机制（如同步辐射）和基于量子电动力学过程（如高次谐波产生，HHG）的辐射源。详细介绍了电子在磁场中偏转产生的圆偏振和线偏振辐射的理论模型。对于HHG，解析了激光-物质相互作用的隧道电离、漂移-再复合三步模型，并着重分析了低能和高能区辐射的形成机制差异，特别是软X射线区域的产生效率与过程控制。第三章：辐射源的性能指标与量化描述准确量化辐射源的性能是实验设计的基础。本章定义并详细解释了关键性能指标，包括：亮度（Brightness）、相干性（Spatial and Temporal Coherence）、光子通量（Photon Flux）、谱通带宽度（Bandwidth）以及脉冲重复频率（Repetition Rate）。特别对比了在不同应用场景下，对高通量、高相干性或超快时间分辨率的特定需求所对应的源优化策略。探讨了高亮度要求的辐射场数值模拟方法，如光束线传输中的光束传输矩阵分析。第二部分：尖端辐射源的技术实现与工程挑战本部分聚焦于当前实现软X射线及更短波长辐射的两种主要技术路线——基于大型加速设施的同步辐射（SRF）与自由电子激光（FEL），以及新兴的实验室尺度超强激光驱动源。第四章：第三代与第四代同步辐射光源本书对设计和运行高亮度同步辐射设施（如第三代光源）的关键技术进行了详尽的剖析。涵盖了高性能注入器、高品质电子束的储存环设计、多极磁铁（弯转磁铁、四极磁铁、六极磁铁）对束流聚焦与调束的影响。着重讨论了第四代光源——基于超导射频技术的能量恢复环（ERL）和储存环的架构，及其在提供更高平均亮度方面的优势与工程难度。第五章：自由电子激光（FEL）的原理与操控 FEL是产生高相干、高亮度脉冲辐射的关键技术。本章深入讲解了电子束与激光场的相互作用，从微聚（Microbunching）到自放大（SASE）过程的非线性演化。详细分析了高增益谐波产生（HGHG）和受激辐射谐波产生（SEEDED FEL）在扩展波长范围和提高相干性方面的应用。特别关注了软X射线FEL（SXFEL）的设计参数，如电子束能散、横向相干长度与辐射带宽之间的权衡。第六章：超强激光驱动的等离子体源针对更紧凑和更灵活的实验室尺度光源，本章聚焦于高功率飞秒/皮秒激光与固体靶或气体靶相互作用产生的辐射。详细分析了：高次谐波产生（HHG）：包括气体靶HHG的等离子体波导效应、优化气体类型（如惰性气体、稀有气体混合物）以控制出射光子能量的策略。激光等离子体加速（Laser Plasma Acceleration, LPA）：探讨了激光驱动等离子体中电子的束流产生与能量分布，以及由此产生的宽带X射线发射特性。辐射传输与收集：讨论了从等离子体焦点收集辐射所需的超快光学系统，包括掠射角反射镜、菲涅耳波带片（FZP）和多层膜反射镜在软X射线波段的性能与局限性。第三部：高能光子在先进科学研究中的应用本部分展示了如何利用这些先进光源获取前所未有的信息，推动材料科学、生命科学和基础物理的边界。第七章：软X射线下的材料结构与电子态探测软X射线（SXR）在探测轻元素（如碳、氮、氧）的吸收边和近边结构方面具有独特优势。本章详细介绍了基于吸收谱（XAS）和近边结构谱（NEXAFS）的元素特异性表征技术。讨论了在不同激发条件下，如何利用高分辨率成像技术（如光电子成像，XPS/HAXPES）解析复杂氧化物、二维材料及催化剂表面的化学态和轨道杂化信息。重点分析了利用超快X射线脉冲进行“拍得-泵浦”实验（Pump-Probe）来实时追踪电子激发和结构弛豫动力学的方法。第八章：高分辨率光谱学与成像技术本章探讨了利用高相干FEL脉冲进行的高分辨率光谱学，特别是解析时间分辨的激发态动力学。光电子能谱学 (XPS/ARPES)：阐述了如何利用准单色或宽带X射线探测电子的能带结构和费米面附近的动态行为。 X射线衍射与散射 (XRD/XRS)：聚焦于利用超快高强度脉冲进行瞬态衍射（TR-XRD）以捕获晶体、分子或非晶态物质的超快结构变化，包括相变、晶格振动（声子动力学）。相干成像技术：详细介绍了基于X射线干涉的成像方法，如单次菲索干涉成像（FIO）和相位恢复技术，用于重建非晶样品的内部结构，以及在生物大分子分辨率成像中的进展。第九章：高能光子在极端条件下的研究本书的最后部分探索了利用高能辐射在极端物理条件下进行的探测。这包括：高压物理：结合同步辐射光源进行高压、高温（如金刚石砧台实验）下的材料结构分析，探讨超临界流体和高密度等离子体的物态方程。高强度光场与物质相互作用：研究电子在极强X射线脉冲下的非线性散射过程，如真空双折射的观测，以及高能光子在强场下诱导的非线性光电离现象，这些是检验量子电动力学在强场极限下有效性的重要途径。本书全面覆盖了从基础理论到实验前沿的应用实践，是理解和利用当前最先进高能光子源的权威参考资料。