国家同步辐射实验室反射率计误差分析

　　1　引　　言

　　合肥国家同步辐射实验室建有我国第一台以真空紫外和软X射线为主的专用同步辐射光源,主体设备是一台能量800 MeV、平均流强100~300 mA的电子储存环,用一台能量200 MeV的电子直线加速器作注入器。反射率计是国家同步辐射实验室光谱辐射标准与计量实验站的一个分支,提供波长在5~140 nm范围的入射光,专门用于测试光学元件在软X射线、真空紫外波段的反射率、透射率及衍射效率[1],其主体结构采用一种同轴转动、平移轴系馈入系统,与 美国的Brookhaven国家实验室同步辐射光源(BNL-NSLS)、德国的国家标准局(PTB)的BESSY类似[2~7]。对角度的反射率测试可 分波长扫描和角度扫描两种方式,波长扫描,即待测样品与入射光呈一固定夹角,利用单色器分光,测试同一入射角下不同入射波长的反射率;角度扫描,即固定入 射波长,反射率计做θ~2θ角扫描,测量样品在一定入射波长下反射率随入射角变化情况。反射率计的建立为国内X射线~真空紫外波段光栅、反射镜测试作出了 重要贡献。然而实际使用过程中也发现,由于各种因素的影响,反射率测量重复性差,可靠性令人怀疑。为保证测试结果的精度和可靠性,针对反射率计目前的工作 状态,本文在大量实验数据基础上,结合必要的理论推导,分析反射率计测量误差来源及各种误差源对测量结果的影响方式、影响程度,并在此基础上提出相应对 策,以保证测试精度和测量可靠性,提高测试效率。

　　2　反射率计测试误差源分析

　　根据反射率计现有的结构、操作流程和加速器的运行状态,反射率计测试误差主要来源有以下几种。

　　2.1　光源

　　稳定而可靠的光源是保证反射率测量精度和可信度的关键。理想的同步辐射光源应该具有稳定性好、光谱纯度高、偏振性好等特点。合肥光源是二代机 器,设计上的先天不足导致其不可避免的不稳定性。尽管为减小这种不稳定性,采用储存环束流对测得信号进行实时归一化修正,但这种修正效果非常有限。对已经 完成注入的同步辐射光,归一化修正后的强度变化有几种形式:

　　1)光源较稳定:实测的强度变化曲线如图1所示,(a)中入射光强度在很小范围内有序波动(由大变小,幅度变化小于5%),实际中不多见,(b)中则是在较大的范围内有序漂移(由小变大,幅度大于10%),比较常见。

　　2)光源不稳定:实测的强度变化曲线如图2所示,(a)中入射光强度在很大的范围内跳动,幅度在20%左右。这种情况在注入刚完成、束流较强、 尤其加摆动器(Wiggler)时常见; (b)则是在较大的范围内上下无规律漂移,幅度严重时高达100%以上,是一种常见的光源状态; (c)则展示了光源在较大的范围内既漂移又大幅跳动的情况,不常遇到。