日前，中科院高能所多学科中心光学团队基于北京同步辐射装置BSRF和晶体实验室实现了衍射极限水平的波前检测和晶体加工技术。高能同步辐射光源HEPS光束线建设的又一项关键技术取得了突破性进展。
大块硅单晶体是硬X射线单色器及谱仪的核心光学元件，而晶体的表面形貌起伏、加工破坏层和晶格应力等诸多因素都会对X射线波前产生严重影响，从而破坏相干性和衍射极限聚焦。对于前几代同步光源，由于光束相干尺寸小，即使是高相干要求的纳米探针或者相干散射束线，也只要求晶体能够挑选出较小的局部范围保持波前即可。而作为衍射极限水平的第四代同步辐射光源，HEPS的相干尺寸较三代光源高出约2个量级，要求全光束范围里获得完美波前，这对晶体的加工能力提出了严峻的挑战，是国际上第四代光源共同面临的技术挑战之一。
该团队在X射线晶体实验室已开发的晶体加工工序基础上，通过引入一种新的柔性化学机械抛光方法，实现了全光束口径近厘米范围内超高精度波前保持的晶体加工。同时，该团队还创新性地提出了双刃波前检测的方法，解决了相干性不足、稳定性不足以及入射波前畸变几项关键问题，在第一代同步辐射光源上实现了衍射极限水平的波前检测，为波前保持的晶体加工工艺探索提供了高精度检测手段。
2022年7月BSRF专用光期间，该团队在1B3B测试束线上，验证了自研双刃波前检测装置的性能，并利用该装置以日本进口国际前沿水平的“晶格无扰乱”晶体作为参照样品，开展了自研晶体和参照晶体的波前检测对比实验。结果显示，在晶体上50μm横向空间分辨率下，该装置的单次扫描斜率检测精度达到25～50 nrad RMS，波前高度检测精度高达1.5pm RMS;自研晶体波前精度达到60～100 nrad RMS，与参照样品(70～100 nrad RMS)基本处于同一水平，满足HEPS光束线指标要求。
团队成员承担PAPS光学系统、HEPS测试束线和光学设计系统等多个项目任务。接下来，团队还将进一步优化实验条件，提升波前检测能力，完善晶体加工工艺。
图1 晶体双刃波前检测实验
图2双刃法单次扫描波前检测误差25.8nrad 1.5 pm RMS
图3 自研柔性化学机械抛光晶体，波前精度61.7nrad 6.0pm RMS
图4 日本进口“晶格无扰乱”晶体，波前精度73.2nrad 7.8pm RMS
图5 团队现场合影
