同步辐射光源

同步加速器光源是一种电磁辐射 (EM) 源，通常由存储环产生，用于科学和技术目的。 首先在同步加速器中观察到，同步加速器光现在由存储环和其他专门的粒子加速器产生，通常是加速电子。 一旦产生高能电子束，它就会被引导到辅助组件中，例如存储环和自由电子激光器中的弯曲磁铁和插入装置（波荡器或摆动器）。 这些提供了将高能电子转换为光子所需的垂直于光束的强磁场。

同步加速器光的主要应用是凝聚态物理、材料科学、生物学和医学。 大部分使用同步加速器光的实验涉及从电子结构的亚纳米级到医学成像中重要的微米和毫米级探测物质结构。 实际工业应用的一个例子是通过 LIGA 工艺制造微结构。

用于比较不同同步辐射源的主要品质因数被称为亮度、亮度和光谱亮度，后一个术语被同步辐射命名法工作组推荐为最佳选择。 无论选择什么名称，该术语都是对给定六维相空间每单位带宽 (BW) 中光子总通量的度量。

尤其是在人工生产的情况下，同步辐射以其以下特点而著称：

• 亮度高，比传统 X 射线管产生的 X 射线高出许多数量级：第 3 代光源的亮度通常大于 1018 光子·s−1·mm−2·mrad−2/0.1% BW，其中0.1%BW表示以频率w为中心的带宽10−3w。
• 高水平偏振（线性、椭圆或圆形）
• 高准直度，即光束发散角小
• 发射率低，即光源截面与发射立体角的乘积小
• 通过单色化（亚电子伏到兆电子伏范围）在能量/波长方面具有广泛的可调谐性
• 脉冲光发射（脉冲持续时间等于或低于一纳秒，即十亿分之一秒）。

同步加速器辐射可能会在加速器中发生，这可能是一种滋扰，在粒子物理环境中导致不希望的能量损失，或者作为许多实验室应用的故意产生的辐射源。 电子在几个阶段被加速到高速，以获得通常在千兆电子伏特范围内的最终能量。 强磁场迫使电子在封闭路径中行进。 这类似于无线电天线，但不同之处在于，由于多普勒效应，相对论速度会以因子 γ {\displaystyle \gamma } 改变观察到的频率。 相对论洛伦兹收缩使频率增加另一个因子 γ {\displaystyle \gamma } ，从而使将电子加速到 X 射线范围的谐振腔的千兆赫频率倍增。 相对论的另一个显着影响是辐射方向图从非相对论理论预期的各向同性偶极子方向图扭曲为极前指向的辐射锥。 这使得同步辐射源成为已知最明亮的 X 射线源。 当在轨道平面上观察时，平面加速几何结构使辐射线偏振，而当与该平面成小角度观察时，辐射呈圆偏振。