[发明专利]飞秒激光驱动的定向超快X射线分幅成像装置及应用

说明书

本发明提供了一种飞秒激光驱动的定向超快X射线分幅成像装置，所述装置包括：高功率钛宝石飞秒激光器、泵浦束线、超快事件样品、n条X射线探针束线和X射线成像板，还提供了其应用。本发明装置利用时间序列化的飞秒激光脉冲与气体靶相互作用产生具有相同时间序列的超短X射线序列，X射线序列依次照射超快事件，读取超快事件的瞬态图像信号，能把要求亚皮秒时间分辨的不可重复的超快过程单次成像记录。本发明装置使用圆周对称非同轴的分幅成像设计方案，最大限度的减少非同轴成像的视角差异。

技术领域

本发明涉及超快X射线成像领域，尤其涉及一种飞秒激光驱动的定向超快X射线分幅成像装置及应用。

背景技术

在物理、化学以及生物等领域的研究中，经常需要对某一过程进行时间间隔非常短的精准成像，来揭示这些过程的动态规律进而加以控制。不同的超快过程具有不同的时间特性，因此对时间分辨的要求也不同，如断裂、碰撞类过程要求亚毫秒的时间分辨，爆炸、激波等的激发过程要求亚微秒时间分辨，生物中的蛋白质折叠过程等需要纳秒时间分辨，固体中声子的衰变与迁移、液体中的解相时间和分子振动弛豫等过程要求皮秒级的时间分辨；分子结构动力学、光合作用的原初反应等过程要求飞秒级时间分辨，研究高能离子和热能电子的运动、分子中价电子的运动和原子壳层内的电子动力学甚至需要阿秒级时间分辨。这些超快过程主要分为两类：一类是周期可重复性事件，另一类是单次的、不可重复事件。周期性重复发生的过程可利用高时间分辨的泵浦-探针技术记录，每次成像只记录一个时间点，通过调整泵浦与探针之间的时间延迟，多发次记录事件发生的整个过程。而对于单次、不能重复事件则只能采用超快分幅成像的方案，目前对于X光波段的超快分幅成像手段有限，主要限制来自于两方面：一方面是缺乏具有时间序列化的超快X射线光源，另一方面是对于同轴传输的分幅像，成像仪器的响应速度限制了分幅频率，目前X射线成像设备基本都运行在单幅模式下。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种飞秒激光驱动的定向超快X射线分幅成像装置及应用。

为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种飞秒激光驱动的定向超快X射线分幅成像装置，所述装置包括：高功率钛宝石飞秒激光器、泵浦束线、超快事件样品、n条X射线探针束线和X射线成像板；

其中，n≥3优选为6，且所述n条X射线探针束线用于产生n束准直定向传播的硬X射线，n束X射线的传播路径交汇于空间中的一点，且以可调的时间间隔依次通过这一点。

根据本发明第一方面的装置，其中，所述泵浦束线包括分束器和聚焦透镜；

优选地，所述分束器为反射镜，优选为45度反射镜；

更优选地，所述聚焦透镜的焦点和超快事件样品位于所述n束X射线的空间交汇处。

根据本发明第一方面的装置，其中，所述每条X射线探针束线包括分束器、延时器、聚焦装置和超声喷气系统；

优选地，所述分束器为反射镜，优选为45度反射镜。

根据本发明第一方面的装置，其中，所述X射线探针束线中，所述延时器设置于分束器后；

优选地，所述延时器由四块45度全反射镜和一个电动位移台组成，用于调节分束器取出的飞秒激光脉冲的光程，其中两块全反镜可以随电动位移台移动。

根据本发明第一方面的装置，其中，所述X射线探针束线中，所述聚焦装置设置于延时器后；

优选地，所述聚焦装置为离轴抛物面镜；

更优选地，所述离轴抛物面镜的有效焦距500mm，口径3英寸，离轴角30度，铝制基底镀金膜；和/或所述n个离轴抛物面镜呈圆周阵列排布，所有离轴抛物面镜的出射轴延长线交于空间中一点，使产生的定向X射线交于该点。

根据本发明第一方面的装置，其中，所述超声喷漆系统设置于飞秒激光脉冲的焦点处。