[发明专利]一种飞秒X-射线脉冲的测量方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于超快光学，具体涉及一种飞秒X-射线脉冲的测量方法及其应用。

背景技术

为了研究凝聚态、表面、化学和生命等物质中的原子运动过程，需要时间宽度越来越短的飞秒(10^-15秒)X-射线作为激发及探测光脉冲。产生和测量飞秒X-射线脉冲，一直是超快速测量领域的前沿课题。但是，产生和测量飞秒X-射线的时间结构，在技术上一直是一种挑战。对于皮秒(10^-12秒)时间宽度的X-射线脉冲，可以用成熟的条纹相机技术和常规的快电子学来测量；而对于更短的这些光脉冲，普遍缺乏或未曾了解可利用的相互作用，特别是非线性光学过程。迄今为止，已经有人提出过几种产生和测量飞秒X-射线的方法及技术。Bucksbaum和Lindenberg等人较早尝试用晶体上布拉格衍射的方法产生和测量亚皮秒同步辐射X-射线脉冲(Bucksbaum P H and Merlin R 1999 Solid State Commun.111535，Lindenberg Aetal 2000Phys.Rev.Lett.84111)。Zholents等人提出了一种时间分辨X-射线探测技术(Zholents AAand ZolotorevM S 1996Phys.Rev.Lett.76912)。该技术利用飞秒激光脉冲激发半导体价带上的电子，从而增加半导体材料的X-射线吸收能力，使之成为一种X-射线的快速吸收开关。然而，这种开关所用的工作物质，例如GaAs晶体，对待测量的X-射线具有很强的能量选择性。另外，与此相关的技术难题，如晶体较长的退激发时间和在强激光脉冲下的热损伤效应等，都限制了这种方法的应用。总之，如何快速、精确地测量这些光脉冲具体细致的时间结构，一直是科学界的一个挑战。飞秒X-射线脉冲的时间宽度跨越了很多个普通激光脉冲的周期，对光电子能谱的解谱没有现成的方法。

发明内容

为了推动飞秒计量学的发展，需要一种精确地测量飞秒X-射线脉冲的方法，为此采用一种直接、快速的基于光电子能谱微分变换方程的解析性方法，利用激光辅助X-射线气体电离技术，精确地测量飞秒脉冲。

本发明的一个目的在于提出一种飞秒X-射线脉冲的测量方法。

本发明的飞秒X-射线脉冲的测量方法在平行于激光线性极化方向θ＝0°测量得到的光电子能谱包括以下步骤：

1)激光脉冲与飞秒X-射线脉冲在时间和空间上进行交叉关联，并会聚；

2)激光脉冲和飞秒X-射线脉冲经会聚后，经过氢气或惰性气体，共同激发氢原子或惰性原子产生光电子；

3)用飞行时间TOF谱仪或其他光电子能谱仪探测平行于激光线性极化方向θ＝0°出射的光电子，得到由飞秒X-射线脉冲和激光脉冲共同激发、在t时刻产生、θ＝0°方向上飞出的光电子的能量W(t)；

4)飞秒X-射线和激光脉冲共同激发、在t时刻产生、θ＝0°方向上飞出的光电子的能量W(t)满足下式：

W(t)=W0+2UpF2(t)sin2(ωLt+Φ)]]>