[实用新型]一种基于自由电子激光的太赫兹-X射线产生装置

说明书

本实用新型涉及一种基于自由电子激光的太赫兹‑X射线产生装置，其包括超快激光系统以及依次连接的注入器、激光电子束调制系统、直线加速段、X射线辐射段、太赫兹辐射段、X射线延迟系统，超快激光系统包括超快激光器、脉冲展宽与分束系统、第一分束片以及第一反射镜，超快激光器设置为产生超快激光脉冲，第一分束片将超快激光脉冲分为第一路超快激光和第二路超快激光，第一路超快激光传输至注入器，第二路超快激光传输至脉冲展宽与分束系统，注入器在接收到第一路超快激光时生成电子束，脉冲展宽与分束系统根据第二路超快激光生成双脉冲激光，并将双脉冲激光传输至激光电子束调制系统。

技术领域

本实用新型涉及太赫兹光学仪器技术领域，更具体地涉及一种基于自由电子激光的太赫兹-X射线产生装置。

背景技术

太赫兹波是频率高于微波、低于可见光的电磁波，具有宽带性、高分辨性、低能性、高穿透性、瞬态性等优越特性，在前沿科学研究领域和工业技术领域都具有重要的应用价值。近年来太赫兹-X射线泵浦探测技术在前沿科学研究领域起着愈加重要的作用，是进行纳米材料、生物分子结构动力学、强相互作用量子系统等研究的关键技术。然而，该技术对太赫兹和X射线的辐射特性也提出了极高的要求。

近年来，基于直线加速器的太赫兹产生技术快速发展。基于自由电子激光束团压缩的方案可以同时产生太赫兹辐射和X射线，使得太赫兹-X射线泵浦探测成为可能。具体来说，该方案将注入器产生的高能电子束经过直线段加速和压缩，将电子束压缩到一个辐射波长以内，进而在X射线辐射段和太赫兹辐射段通过超辐射产生X射线和太赫兹脉冲。但该方案具有以下缺点：1)没有高增益自由电子激光放大的过程，辐射峰值功率受限，使得脉冲能量相对较低；2)由于束团压缩到100飞秒以下的难度很大，对应产生10THz以上的太赫兹辐射难度很大，因此辐射光谱可调谐性差；3)辐射光谱较宽。

实用新型内容

为解决上述现有技术中的问题，本实用新型提供一种基于自由电子激光的太赫兹-X射线产生装置，能够在产生高脉冲能量、光谱带宽窄的太赫兹辐射的同时产生X射线，并且可调谐性好。

本实用新型提供的一种基于自由电子激光的太赫兹-X射线产生装置，包括一超快激光系统以及依次连接的注入器、激光电子束调制系统、直线加速段、X射线辐射段、太赫兹辐射段、X射线延迟系统，其中，所述超快激光系统包括超快激光器、脉冲展宽与分束系统、第一分束片以及第一反射镜，所述超快激光器设置为产生超快激光脉冲，所述第一分束片将所述超快激光脉冲分为第一路超快激光和第二路超快激光，所述第一路超快激光传输至所述注入器，所述第二路超快激光传输至所述脉冲展宽与分束系统，所述注入器在接收到所述第一路超快激光时生成电子束，所述脉冲展宽与分束系统根据所述第二路超快激光生成双脉冲激光，并将所述双脉冲激光传输至所述激光电子束调制系统。

进一步地，所述注入器包括光阴极电子枪和位于光阴极电子枪下游的S波段或X波段的加速结构，所述光阴极电子枪设置为接收所述第一路超快激光以产生电子束，所述S波段或X波段的加速结构设置为对所述电子束进行加速。

进一步地，所述脉冲展宽与分束系统包括第二分束片，所述第二路超快激光被所述第二分束片分为第一路子激光和第二路子激光，沿所述第一路子激光所在光路依次排布有可调延时器、第二反射镜和第一合束片，沿所述第二路子激光所在光路依次排布有第三反射镜、第一合束片和脉冲展宽器。

进一步地，所述激光电子束调制系统包括一调制段波荡器。

进一步地，所述调制段波荡器为周期为50毫米、磁间隙在24毫米到80毫米连续可调的波荡器。

进一步地，所述直线加速段包括依次连接的第一加速单元、磁压缩器以及第二加速单元，所述第一加速单元设置为对来自所述激光电子束调制系统的电子束进行加速，加速后的电子束通过所述磁压缩器将能量调制转换为密度调制，密度调制的电子束通过第二加速单元生成可产生X射线的电子束。

进一步地，所述X射线辐射段为周期为16厘米、磁间隙在4毫米到80毫米连续可调的波荡器。