中文摘要：

第三代同步辐射光源以插入件光源为主，具有高亮度和高相干性的特点，新一代同步辐射光源-X射线自由电子激光是全相干光，具有更优良的相干性能。目前世界上已经建立了许多利用光束相干性能的光束线，并开展了很多利用相干光进行的研究。在光束线的建设中，光束追迹可以模拟光束通过多个光学元件之后的情况，并且可以精确计算光束通过非平面元件的传输，因此对光束线的设计非常重要，是解析方法无法替代的；现有的光束追迹软件建立在将光束粒子化的基础上，从几何光学出发模拟光束的运动情况，这种方法只能模拟非相干情况下的光强分布，不能模拟相干光在传输中的光强和相位分布，无法满足新一代相干光束线的设计要求。我们在本项目中提出从波动光学出发，建立一种相干光在光束线中的传输理论，并引入合理的近似，提出一种可行的模拟算法，以此开发一套模拟软件，替代传统的几何光学追迹方法，满足相干光束线建设中的设计需求。

结论摘要：

在光束线设计中，需要了解具有相干性的X光经过光束线传播之后相干性能的变化，从而优化光束线设计。本项目中我们从统计光学出发，提出了一种新的研究部分相干光的传播模型用互强度描述部分相干光，并采用离散化的方式分割波前，然后进行相干叠加，建立互强度的传播模型。本模型的优点是直接研究部分相干光的传播，不需要先分析完全相干光的传播，再利用强度相加的方式。采用离散化处理的优点，是可以在离散点取的比较多的条件下，降低对远场近似和有限发散角的要求，在更普遍的情况下分析部分相干光的传播性质，当然这也会对计算量提出更高的要求。基于本模型，我们开发了一套软件，用于模拟部分相干光在光束线中传播之后相干性的变化，为设计同步辐射高相干性光束线站提供了理论依据和参考。基于该模型，我们进行了如下工作（1）分析了部分相干光的传播特性，包括传播距离、光源相干长度、光源尺寸等因素对相干性能的影响。发现对于部分相干光，其相干性能对距离、光源相干性和光源尺寸的依赖与完全非相干光和完全相干光不同，而且不能简单的用两者的插值进行近似，利用我们的软件可以定量的描述部分相干光的传播。（2）为了验证模型的正确性，在上海光源软X射线干涉光刻分支线站BL08U1B进行了相干衍射实验，利用该模型对实验结果进行了模拟和定量分析。模拟结果表明，该模型能够准确地模拟BL08U1B的相干衍射图样，计算结果和实验数据符合较好。(3) 在上海光源的新建光束线—梦之线的设计中应用本模型对相干性进行了分析，如果采用传统的非相干追迹，在光斑尺寸的计算上存在一定的偏差，而采用本模型从相干光的角度出发，得到的结果更加准确，对光束线的设计起到了指导和帮助作用。（4）进一步，为了描述非单色光的传播特性，我们从交叉谱密度出发，建立了部分相干光的传播模型，考虑不同频率成分的单色光的传播，然后进行叠加，从而获得宽带光的传播性质。