[发明专利]一种产生飞秒级时间分辨的X射线源的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及X射线源领域，特别涉及一种产生飞秒级时间分辨X射线源的装置及方法。

背景技术

随着科学技术的不断进步和发展，X射线技术已在许多领域得到广泛应用。在过去，X射线源可以通过同步辐射光源和X光管等设备产生，比如同步辐射光源被证明可以应用于各种科学研究，但是，由于其设备巨大，相对长的脉冲时间特性和多色性，在实际应用中具有较大的局限，而X光管是连续的X射线源，不能进行时间分辨的应用和测量。近些年来，由飞秒激光器产生的等离子体中辐射出的硬X射线被广泛研究，这种超强超短硬X射线源以其紧凑、亚皮秒脉冲宽度以及其单色性的特质成为一种同步辐射源的补充光源。然而目前，这种激光驱动的硬X射线源的缺点是未达到飞秒量级的时间分辨，因此无法实现对原子分子层面的超快时间探测，使其在成像领域的应用受到很大限制。

发明内容

为此，本发明提供一种用于产生飞秒(fs)量级时间分辨的X射线源的装置及方法，能够解决上述现有技术中存在的问题，而且该装置配置简单、便于操作，可广泛应用于各个应用领域。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

根据本发明的一个方面，提供一种用于产生飞秒级时间分辨的X射线源的装置，包括：飞秒激光器、反射镜、聚焦光学元件以及设置在真空靶室中的靶物质和超声气体喷嘴，其中：

所述飞秒激光器用于输出脉宽在飞秒量级的激光脉冲，所述激光的对比度在10^-9至10^-8范围内；

所述聚焦光学元件用于接收所述激光脉冲并将其引导到聚焦光学元件的聚焦区域，所述聚焦区域激光的平均强度至少为5×10¹⁶W/cm²；

所述靶物质通过所述超声气体喷嘴后变为团簇，并与所述聚焦区域的激光脉冲相互作用后产生飞秒级X射线，所述气体为惰性气体。

在上述装置中，所述聚焦光学元件为离轴抛物镜、长焦透镜或凸透镜。

在上述装置中，还包括铍膜，用于当所产生的飞秒级X射线经过该铍膜，以滤掉杂散光。

在上述装置中，还包括CCD和计算机，用于当所产生的飞秒级X射线入射到其中时，探测聚焦区域的等离子体阴影像并测量X射线的能谱与通量。

在上述装置中，还包括探针光系统，其设置在聚焦区域上，用于探测聚焦区域的等离子体阴影像。其中，所述探针光系统包括入射到所述聚焦区域的探针光。

根据本发明的另一个方面，提供一种用于产生飞秒级时间分辨的X射线源的方法，包括以下步骤：

1)将飞秒量级的激光脉冲会聚到聚焦区域，所述激光的对比度在10^-9至10^-8范围内，所述聚焦区域激光的平均强度至少为5×10¹⁶W/cm²；

2)惰性气体的团簇与聚焦区域的所述激光脉冲相互作用并产生飞秒级X射线。

在上述方法中，所述惰性气体的团簇在真空下形成。

在上述方法中，还包括步骤3)：对步骤2)的飞秒级X射线进行单光子计数。

在上述方法中，还包括步骤4)：测量步骤2)的飞秒级X射线流强。

本发明克服了已有技术的缺点，通过高对比度飞秒激光脉冲与小尺寸团簇靶相互作用产生超快的Ar的K壳层X射线，从而提供一种产生超快X射线源的方法。该装置操作简便，峰值亮度约为2×10²¹photons/s/mm²/mrad²，可以与第三代同步辐射源的峰值亮度相比拟，并经数值分析证实此源为脉冲宽度为10飞秒量级的超快源，此超快单色硬X射线源为单发激光驱动的X射线在fs时间分辨上的应用提供了可能。

附图说明

以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：

图1是本发明优选的实施例的装置示意图；

图2(a)和图2(b)分别是根据理论模拟的本发明优选实施例的超快X射线源的原理图，其中图2(a)为团簇内电子能量，图2(b)为团簇外电子的能量。

具体实施方式

以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明的目的，其不以任何方式限制本发明的范围。另外需要说明，本发明所使用的术语“超快X射线”取其在本领域内的常规含义，指的是脉冲时间尺度为飞秒(fs)量级的X射线。