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X射線激光器
閱讀�11942時間�2011-09-14 12:06:47

  X射線激光器被稱作自由電子激光器,這是因為,X射線具有眾人皆知的穿透能�。它類似于激光放大器,輸出波長在X射線波段。X射線是原子內(nèi)部殼層的電子躍遷�(chǎn)生的光子,其光子能量非常高�

基本原理

 ?。厣渚€激光器被稱作自由電子激光器。與傳統(tǒng)激光器不同,自由電子激光器并不是通過光照或電流刺激某種物質(zhì)�(fā)射光�,而是使用粒子加速器讓極小的電子云穿過磁鐵組,這些磁鐵把電子推來推�,直到電子釋放出光脈沖。傳�(tǒng)激光器的激光波長是由發(fā)射光子的物質(zhì)本身的屬性決�,而自由電子激光器理論上只需改變電子的能量和磁鐵組的排列就可�(fā)出各種波長的激��

類型

  核激勵X射線激光器

  用核爆炸�(chǎn)生的強X射線照射激光工作物�(zhì)使之形成等離子體、產(chǎn)生X射線激光的裝置。X射線激光的特點是波長短,在特定方向上有極高的輻亮度。因而核激勵X射線激光器被作為探索研究中的定向能武器之一。核爆炸�,布置在其周圍的激光工作物�(zhì)(一般制成細長的絲)吸收大量輻射能量,成為高溫等離子體狀�(tài)。在一定條件下,通過某種機制,處于低能級的束縛電子被激�(fā)到高能級,使高激�(fā)�(tài)的離子數(shù)大于低激�(fā)�(tài)離子�(shù),形成所謂粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。這時由于輻射的受激過程,工作介�(zhì)對一定波長的X射線具有放大作�。當達到一定程度時便發(fā)射X射線激�,沿激光棒軸向傳播�

  軟X射線波段激光器

  軟X射線波段激光器的激光介�(zhì)主要是使用激光等離子�,已有很多實驗室通過電子碰撞泵浦與復(fù)合反�(zhuǎn),實�(xiàn)了激光等離子體介�(zhì)中的自發(fā)輻射放大。為了使X波段的激光獲得廣泛應(yīng)�,努力提高其相干�、壓縮線寬是十分必要�。另一個重要的研究方向是獲得所謂的“水窗”波段激�,即2.33�4.36nm波長范圍的激光,它將為X射線全息�(shù)、生物光子學技�(shù)等提供有力的工具。為了獲得更短波長的激�,顯然,要靠更深層次電子的激�(fā),因此需要短波長的脈沖激光器作為X射線激光的�(qū)動器�

最�

  位于美國斯坦福直線加速器中心(SLAC)國家加速器實驗室內(nèi)、迄今世界最強大的X射線激光器——直線加速器相干光源(LCLS)于6�30日發(fā)表了它自啟動以來的項實驗成果:其強大而獨特的能力,達到了可操縱原子樣本上單個電子的水平,從�(nèi)到外逐個將電子剝離,形成了所謂的“空心原子��

  由于體現(xiàn)出了X射線令人驚訝的強度與操控�,該�(jié)果讓科學界人士大為贊�;甚至包括研究人員自己在�(nèi),直到實驗成功才真正相信,X射線已可達到如此精準之地��

  SLAC國家加速器實驗室隸屬美國能源部�40余年來執(zhí)著于對自然界基本�(guī)律的探索,以物理實驗手段揭示了許多自然界的秘��

  2009�4�,直線加速器相干光源(LCLS)在這里成功誕生。這個巨型激光器�130�,由實驗�3公里長的直線粒子加速器提供動力,每次啟動發(fā)光裝置研究人員需�2小時。該�(shè)備制成耗時3�,而從計劃提出到完成開工準備歷時幾�10��

  誕生伊始,研究員次使用大功率X射線激光器�(fā)出直線連續(xù)�,此X射線已經(jīng)比其他任何人造光源發(fā)出的脈沖亮度都要�,測試光的波長為0.15納米(nm�,是當時人類�(chuàng)造的最短波長同時具有能量的光�

  此后一年時間來LCLS并未�(fā)表科研成�,但卻一直被視為激光領(lǐng)域“質(zhì)的飛躍”或“里程碑式的杰作�。因為其完全不同于所有以前的激光器:這是國際上最早提出的第四代光源之一,亦是世界上個發(fā)射硬X射線的自由電子激光器。所謂硬X射線,通常定義為能量較�、波長極短的X射線�

  從原理上來看,LCLS首度�(jié)合了原子尺度空間和時間分辨率,以相干量子波的形式輸出X射線,是研究人員從以往傳統(tǒng)激光器�(fā)展出來的新型光源;從效果上來�,LCLS亮度能比以往光源�10億倍,�(chǎn)生脈沖短暫到百萬分之二納�,為滿足各種�(yīng)用需求,LCLS的輸出可以在原子、分子和光學�(lǐng)域的不同�(shè)備之間進行切換??茖W家們預(yù)�,經(jīng)過微�(diào)之后的LCLS的脈沖可幫助排列出眾多材料的�(nèi)部原子結(jié)�(gòu)�

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