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自由電子激光器泵浦產(chǎn)生X射線激光最新進(jìn)展情況

星之球科技 來(lái)源:nature2015-03-23 我要評(píng)論(0 )   

自激光器發(fā)明以來(lái),人們就一直致力于通過(guò)原子能級(jí)躍遷來(lái)獲得更短的激光波長(zhǎng)。X射線自由電子激光的出現(xiàn)為原子X(jué)射線激光的產(chǎn)生提

       自激光器發(fā)明以來(lái),人們就一直致力于通過(guò)原子能級(jí)躍遷來(lái)獲得更短的激光波長(zhǎng)。X射線自由電子激光的出現(xiàn)為原子X(jué)射線激光的產(chǎn)生提供了很好的泵浦源。文中應(yīng)用X射線自由電子激光來(lái)電離原子內(nèi)K殼層電子,從而實(shí)現(xiàn)了原子能級(jí)間的粒子數(shù)反轉(zhuǎn),并且獲得了波長(zhǎng)為1.46nm(對(duì)應(yīng)于849eV的單光子能量)的氖離子Kα受激輻射光。本實(shí)驗(yàn)中所得到的原子X(jué)射線激光脈沖,無(wú)論是在更短波長(zhǎng)還是更高強(qiáng)度等方面,都優(yōu)于以往所見(jiàn)報(bào)道的實(shí)驗(yàn)成果。另外與X射線自由電子激光相比,該原子X(jué)射線激光具有更為優(yōu)越的單色性、波長(zhǎng)穩(wěn)定性和時(shí)間相干性。該原子X(jué)射線激光可以被應(yīng)用于高分辨光譜學(xué)和X射線非線性光學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)。
  實(shí)驗(yàn)裝置如下圖(a)中所示,由直線電子加速器相干光源(LCLS)輸出的X射線自由電子激光(XFEL)單光子能量為960eV。X射線脈沖被聚焦至壓強(qiáng)約為500torr的氖氣中,焦斑半徑為1~2μm。單脈沖能量為0.02~0.27mJ,而脈沖寬度為40~80fs,于是聚焦后的光場(chǎng)強(qiáng)度可以達(dá)到2×10^17Wcm^-2。
  光柵光譜儀探測(cè)結(jié)果如圖(b)中所示,其中較寬偏暗的譜線為透過(guò)的X射線自由電子激光。而比較亮的細(xì)譜線則為部分氖離子的Kα輻射光,其單光子能量為849eV。其產(chǎn)生機(jī)理如圖(c)所示,由于K殼層電子的光電離,在兩能級(jí)間實(shí)現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn),從而使Kα受激輻射光放大成為可能。
  上圖三次實(shí)驗(yàn)結(jié)果所用入射脈沖能量均約為0.25mJ,而入射單光子能量略有變化。透射的X射線自由電子激光與Kα受激輻射光的衰減因子分別為2.5×10^3和2。 由于受到光譜儀分辨率的限制,測(cè)得Kα輻射光譜的半高全寬約為2eV。Kα輻射主譜峰兩邊伴生的旁瓣很可能是由光譜儀光柵產(chǎn)生的鬼線。

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