[实用新型]一种具有天然时间同步特性的时间分辨X射线探测仪

说明书

技术领域

本实用新型属于时间分辨过程的泵浦探测仪技术领域，尤其是涉及一种具有天然时间同步特性的时间分辨X射线探测仪。

背景技术

在生物、化学、新材料等领域需要探测物质微观结构变化的瞬态或超快过程，对科学的认识物质本质具有十分重要的意义。例如在单分子、液体或晶体中的原子运动、化学键的断裂与形成、电荷的转移、分子的异构化等。利用基于超短脉宽的飞秒脉冲激光建立的泵浦-探针方法研究上述超快过程，是将一束超短脉冲激光作用在物质上，激发一个瞬态变化过程，经过一定的时间延时后，利用另一束超短脉冲激光作为探针，探测上述动态变化过程，即为时间分辨光谱法。进一步的，要获取物质在原子尺度上的结构瞬态变化过程信息，例如蛋白质、生物大分子的晶体结构变化，先进信息存储材料的超快电子驰豫过程等，就要采用波长与原子间距相当的超短X射线作为探测光源，进行衍射的成像方法，这是观察物质深层微观结构及其瞬态变化的有力工具。因此，将飞秒脉冲激光与超短X射线相结合形成的超快时间分辨X射线探测，成为近年来前沿科学领域，尤其是生物、化学、生命科学的研究热点。

目前，具有超快时间特征的X射线应用光源主要是同步辐射X射线和自由电子激光器。其中，同步辐射产生的X射线脉宽相对较宽(>50ps)，无法用于研究时间尺度在fs或亚ps量级的瞬态变化过程，而且以上X光源设备的设施非常庞大(数百米长，数个标准足球场占地面积)，成本高昂，全球范围内数量有限，难以满足飞速发展的科研需求。基于同步辐射X光源或自由电子激光X光源建设的超快时间分辨的泵浦探测方法，其使用的飞秒泵浦激光源与上述X光源是分别独立的系统，需要采用非常复杂的时间同步技术手段实现(同步辐射或自由电子激光产生)X射线脉冲与泵浦激光脉冲的高精度时间同步。因此研究一种小型化具有天然的时间同步特性的时间分辨激光泵浦-X射线探测仪在科学研究领域具有十分重要的意义

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种具有天然时间同步特性的时间分辨X射线探测仪，以解决现有技术中，能够产生超快时间特征的X射线的设备体积较大，导致现有的超快时间分辨X射线探测仪器体积较大造价高昂的问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种具有天然时间同步特性的时间分辨X射线探测仪，包括超快泵浦激光器，用于生成超快飞秒激光；分束器，其置于超快泵浦激光器输出端的后方，用于将超快飞秒激光分束为透射光束和反射光束；光线延迟线，其置于分束器透射光方向，其输出端的后方还设置有全反镜，透射光经全反镜后照射到置于三维样品台上的样品上，激发样品；小型化X射线仪，其置于分束器的反射光方向，用于接收分束器射出的反射光束，并引导反射光束与其内部的高能电子束团碰撞，产生高平均束流和单脉冲束流的高亮度飞秒或亚皮秒量级的超短脉冲X射线；X射线整形系统，其置于小型化X射线仪的输出端的后方，用于将小型化X射线仪产生的超短脉冲X射线调整为探测用超短脉冲X射线；二维像素阵列X射线探测器，其置于三维样品台的后方，用于接收探测用超短脉冲X射线经过激发态的样品后产生的衍射图样信息，并通过电连接的计算机进行分析和显示。

进一步，所述超快泵浦激光器为大能量飞秒激光器。

进一步，所述光线延迟线用于调节控制飞秒激光和探测用高亮度飞秒或亚皮秒量级的超短脉冲X射线脉冲之间的时间延时。

进一步，所述全反镜对于飞秒激光的反射率大于99.9％。

进一步，所述小型化X射线仪，包括电子束团产生系统，用于产生、加速并输出高品质的高能电子束团；电子束团与激光碰撞系统，用于接收电子束团和超快泵浦激光，并使两者在其内部碰撞以输出高亮度飞秒或亚皮秒量级的超短脉冲X射线束流；同时回收碰撞后残余的电子以及激光。

进一步，所述X射线整形系统包括单色器和金属毛细管，用于提高所述小型化X射线仪输出的X射线束流的单色性和准直性。

相对于现有技术，本实用新型所述的具有天然时间同步特性的时间分辨X射线探测仪具有以下优势：

本实用新型所述的具有天然时间同步特性的时间分辨X射线探测仪，结构紧凑，造价低。通过小型化X射线仪，能够产生高亮度、高品质、准单色和高光子通量的X射线；同时，相比于现有的高亮度X射线产生方式，小型化X射线仪能够使自身结构更加紧凑，造价更加低廉。采用二维像素阵列X射线探测器对样品的衍射图样信息进行收集，替代了现有技术中采用多种设备配合实现的方式，使信息收集结构更加紧凑。

附图说明