第1章 同步辐射光源及应用简介 1
1.1 同步辐射技术 1
1.1.1 同步辐射的由来与发展 2
1.1.2 同步辐射装置 8
1.1.3 同步辐射三种辐射方式 13
1.2 同步辐射的主要特性 18
1.2.1 相对论性的电子辐射 18
1.2.2 辐射频率与角分布 19
1.2.3 辐射脉冲与频谱连续 20
1.2.4 辐射的偏振性 23
1.3 辐射强度计算 24
1.3.1 弯转磁铁辐射 25
1.3.2 波荡器辐射 28
1.3.3 扭摆器辐射 33
1.3.4 螺旋型波荡器辐射 35
1.3.5 光源计算实例 38
1.4 同步辐射应用 43
1.4.1 同步辐射应用机理 43
1.4.2 同步辐射应用实例 45
1.5 同步辐射光束线 53
参考文献 56
第2章 光栅衍射与成像的基本理论 58
2.1 光栅衍射理论基础 58
2.1.1 简述光栅衍射原理 58
2.1.2 光栅的色散性能 62
2.1.3 光栅衍射强度分布 65
2.1.4 闪耀光栅的特性 68
2.2 光栅衍射效率 72
2.2.1 近似电磁理论的简化计算 72
2.2.2 光栅结构参数优化 78
2.2.3 光栅相对衍射效率及测量 82
2.3 凹面光栅成像理论 85
2.3.1 光程函数与像差 86
2.3.2 凹面光栅面形系数 89
2.3.3 像差和面形精度对分辨率影响 91
2.3.4 多元成像像差 92
2.4 罗兰圆成像原理 98
2.4.1 罗兰圆成像光学结构 98
2.4.2 罗兰圆成像的像散消除 101
2.4.3 分辨率和光栅最佳刻画面宽度 103
2.5 菲涅耳波带片在同步辐射束线光学中的应用 104
2.5.1 菲涅耳波带片生成原理 105
2.5.2 波带片的衍射和成像 107
2.5.3 波带片在同步辐射成像技术中的应用 110
参考文献 111
第3章 束线光栅单色器 113
3.1 正入射光栅单色器 114
3.1.1 Seya-Namioka光栅单色器 114
3.1.2 Monk-Gillieson光栅单色器 120
3.2 掠入射球面光栅单色器（SGM） 126
3.2.1 Grasshopper光栅单色器 126
3.2.2 固定包含角球面光栅单色器（CD-SGM） 130
3.2.3 变包含角球面光栅单色器（VD-SGM） 134
3.3 柱面元件单色器（CEM） 138
3.3.1 CEM单色器光学结构与特点 138
3.3.2 CEM单色器性能分析 140
3.3.3 CEM/SEM单色器设计 143
3.4 环面光栅单色器（TGM） 147
3.4.1 TGM结构参数选择与优化 147
3.4.2 改进型TTGM单色器 150
3.4.3 6m-TGM（TTGM）单色器 154
3.5 平面光栅单色器（PGM） 156
3.5.1 PGM单色器光学结构 157
3.5.2 SX-700平面光栅单色器 161
3.6 变线距光栅在同步辐射束线光学中的应用 165
3.6.1 自聚焦变线距平面光栅单色器（VSPGM） 165
3.6.2 高分辨变线距球面光栅单色器（VSSGM） 169
3.6.3 VSG光栅对SX-700和Dragon单色器的升级改造 175
参考文献 178
第4章 束线晶体光学与晶体单色器 181
4.1 劳厄衍射与布拉格衍射 182
4.1.1 晶体的点阵结构 182
4.1.2 劳厄衍射方程 183
4.1.3 布拉格衍射方程 185
4.2 简述晶体衍射动力学原理 188
4.2.1 双束近似与色散面 188
4.2.2 晶体衍射强度分析 191
4.2.3 晶体衍射基本参数 196
4.3 束线光学图解法 199
4.3.1 X射线晶体衍射与传输图解 200
4.3.2 双晶衍射图解 206
4.3.3 曲面晶体聚焦图解 210
4.3.4 高次谐波的消除与图解 213
4.4 X束线晶体单色器 215
4.4.1 固定束线输出位置的双晶体单色器 215
4.4.2 固定束线输出位置的曲面切槽晶体单色器 218
4.4.3 弧矢聚焦晶体单色器 227
4.4.4 Laue-Bragg晶体单色器 238
4.4.5 X束线柱面（三角）弯晶光学 242
参考文献 254
第5章 X束线聚焦光学 256
5.1 X射线反射与表面粗糙度 256
5.1.1 全反射与反射率 256
5.1.2 表面粗糙度对反射率的影响 259
5.2 X射线聚焦与面形误差 264
5.2.1 束线光学的聚焦模式 264
5.2.2 面形误差 268
5.2.3 面形误差对成像束斑的影响 273
5.3 聚焦镜面形弯曲 274
5.3.1 面形弯曲原理 274
5.3.2 弯曲应力分析 278
5.3.3 弯曲面形检测 279
5.4 多层膜反射（衍射）元件 283
5.4.1 束线光学中的多层膜结构 283
5.4.2 多层膜反射镜单色器 288
5.4.3 软X射线多层膜衍射光栅 293
5.5 X射线微束成像元件 299
5.5.1 K-B椭圆柱面镜 299
5.5.2 微束聚焦波带片（PFZP） 307
5.5.3 X射线布拉格-菲涅耳透镜（BFL） 312
5.5.4 毛细管光学透镜（CFL） 316
5.5.5 X射线复合折射透镜（CRLs） 320
参考文献 326
第6章 典型装置与相关技术 329
6.1 束线前端保护装置 329
6.1.1 束线前端设置与功能 329
6.1.2 储存环真空保护 331
6.1.3 辐射安全保护 334
6.1.4 辐照热载保护 335
6.2 铍窗与滤波器 341
6.2.1 铍窗组件 342
6.2.2 铍窗力学结构分析 348
6.3 波长扫描 352
6.3.1 直角联动机构 353
6.3.2 凸轮机构 355
6.3.3 正弦机构 356
6.3.4 离轴转动机构 358
6.4 晶体和聚焦镜的压弯机构 361
6.4.1 机械压弯技术 362
6.4.2 压电弯曲 374
6.5 热载缓释与冷却 377
6.5.1 晶体热变形 377
6.5.2 水冷却技术 380
6.5.3 液氮冷却技术 388
6.5.4 非冷却热缓释技术 399
6.6 同步辐射束流位置探测器 400
6.6.1 探丝型束流位置探测器 401
6.6.2 刀片型束流位置探测器 404
6.6.3 金刚石薄膜型束流位置探测器 409
6.6.4 荧光辐射束流位置探测器 413
6.7 六杆并联支撑机构 414
参考文献 419
第7章 束线工程设计 422
7.1 束线工程设计原则 422
7.2 NSRL X射线衍射束线设计（实例1） 426
7.2.1 科学目标和光源选择 426
7.2.2 束线光学结构 428
7.2.3 前置聚焦镜 431
7.2.4 双晶单色器 436
7.2.5 波长标定与性能测量 443
7.3 NSRL表面物理束线设计（实例2） 447
7.3.1 物理要求与光学结构 447
7.3.2 前置聚焦镜 448
7.3.3 变包含角球面光栅单色器 452
7.3.4 工作模式与特性 457
7.3.5 零级光标定与离轴转动误差分析 459
参考文献 463
附录 464
附录1 世界各国同步辐射光源一览表 464
附录2 世界各国自由电子激光器一览表 466
附录3 同步辐射应用涉及的学科与相关实验技术 467
附录4 同步辐射光栅单色器光学结构、主要性能及扫描方式比较 468
附录5 X射线微束聚焦元件及性能 471
附录6 同步辐射晶体单色（多色）器光学结构、主要性能及扫描方式比较 473
附录7 Spring-8同步辐射装置上的光束线和实验站平面布置图 475
附录8 NSRL-X射线衍射束线结构图 476