线聚焦激光产生等离子体的X射线发射特性

在X射线激光的研究中,用高功率激光产生的等离子体是最有希望的X射线激光的工作介质。近年来已经实现的软X射线激光和正在广泛进行的许多有关短波长激光的研究中,都常常釆用柱面透镜和球面(或非球面)的聚焦透镜的组合来获得线状的激光等离子体,以便     

激光等离子体电子密度测量的新方法

等离子体电子密度的测量是激光等离子体诊断中的基本问题,对激光核聚变和X射线激光等研究领域都很重要.特别在X射线激光研究中,由于电子密度的大小对X射线激光增益有很大影响,所以显得尤为重要.已有的测量方法有斯塔克展宽法等.这里,我们提出一种通过谱线强度测量电子密度的新方法.这可以弥补斯塔克展宽法在电子低密度区失效的不足,而且通过选择不同的元素作为测量对象,可以测量不同密度区域的电子密度.     

软X射线激光用分束镜研制

软X射线干涉测量是通过软X射线激光经过Mach-zehnder干涉仪完成的, 是测量临界面附近等离子体状态的重要方法. 基于软X射线多层膜的性能特点, 指出软X射线干涉测量的干涉仪各光学元件的入射角越接近正入射越好, 分束镜的设计应以其反射率和透过率的乘积为衡量标准. 用离子束溅射法制作了类镍银13.9 nm软X射线激光干涉测量所需的分束镜, 实测表明其面形精度达到纳米量级, 反射率和透过率乘积大于1.6%.     

线聚焦激光辐照栅状结构靶的发射特性

近年来,世界范围内X射线激光研究在多方面取得了较大进展,引起人们广泛的注意,特别是,其中有关提高具有潜在实用价值的复合泵浦X射线激光的增益长度积(GL值)的研究是最活跃的前沿课题之一.采用新的靶型以加速冷却是一种可能的有效途径.此外,对不同结构的靶型,等离子体不均匀性的平滑和增长是大家关注的焦点问题.本文报道了线聚焦1.05μm激光辐照具有空间周期刻槽结构的栅状靶所产生等离子体的发射特性的实验研究结果.文中从空间和时间分辨的线状等离子体轴向和侧向软X射线光谱测量,空间分辨的电子温度和电子密度诊断,以及等离子体二次谐波发射测量等角度研究了栅状结构靶与激光相互作用的物理过程.通过与平面靶比较,实验观察到若干可能的激光跃迁的轴向发射增强等重要现象,表明采用这种结构的靶将可能提高复合X射线激光的增益.     

类锂硅离子X射线激光时空特性

近年来,X射线激光研究取得了重大进展。在我们以前的工作中,利用具有空间分辨能力的光谱诊断技术,成功地观察到类锂硅离子5f-3d(88.84 )、5d-3p(87.28 )、6f-3d(75.83 )、6d-3p(74.64 )四条谱线显著的激光放大现象。本文报道我们进一步对这四条谱线产生放大的动力学过程的研究。我们发展了一种同时具有时间和空间分辨能力的光谱诊断技术,首次测量了上面四条激光线发射的时空特性,进一步从实验上证实了所观察到的X射线激光是三体复合泵浦产生的。实验是在中国科学院上海光学精密机械研究所LF12激光装置上进行的。从激光装置     

类锂钛离子复合X射线激光

复合泵浦类锂离子方案是实现小型高效的“水窗”波段饱和放大的X射线激光器的最有希望的途径之一,近年来,各国著名实验室进行了很多重要的研究,虽然取得了很大的进展,但关于该方案的激射机制还有一些悬而未决的问题,在向短波长推进和提高增益长度积方面尚需大量的工作.在以前细致地研究纳秒级激光脉冲驱动的复合机制X射线激光的基础上,最近我们利用LF12装置输出的100ps量级脉宽驱动激光,完成了复合泵浦类锂钛离子X射线激光实验.实验结果表明,类锂钛离子4f～3d跃迁(波长为4.68nm)有明显的增益,峰值增益系数为(1.9±0.5)cm~(-1),实验结果显示了类锂方案在实现短波长激光和大GL值方面的潜力.本文实现的激光跃迁波长是迄今世界范围内用复合泵浦类锂离子方案实现放大的最短波长.     

高重复频率激光等离子体软X射线光刻实验

高重复频率激光等离子体软X射线光刻术是国际上制作亚微米及深亚微米量级微器件、微结构的关键技术方法之一。目前国内尚未见有关报道。 本文建立的激光等离子体软x射线曝光实验装置(图1)主要由软X射线源和曝光室组     

应用飞秒激光在NiTi合金表面制备多孔微结构

通过恒速移动线偏振飞秒激光焦点在镍-钛(NiTi)合金表面制备出了多孔微结构. 实验结果表明, 通过逐步改变入射的激光能量, 在样品表面可以形成羽毛状条纹和簇状多孔等多种不同的新颖微结构. 当激光能量为400 μJ时, 实验观测到了规则空间排列的多孔微细结构. X射线衍射(XRD)分析表明, 样品经不同能量的飞秒激光加工后, 样品表面仍然可以保持其原始的晶体结构, 但表面晶粒已明显被细化. X射线光电子能谱(XPS)显示, 飞秒激光处理后样品表面的Ni/Ti比值也发生了显著变化, 且Ni的氧化明显. 当激光能量为400 μJ时, 加工表面的成分被证实主要由二氧化钛和少量被氧化的Ni组成.     

应用于激光聚变的X射线分幅成像技术

X射线分幅相机具有高时间分辨能力和二维空间分辨率,是激光惯性约束聚变(inertial confinement fusion,ICF)实验中重要的超快诊断设备,常用于获取内爆压缩动态图像等信息.此外,该相机也可应用于Z箍缩、X射线激光、同步辐射等研究中进行瞬态信息探测.传统X射线分幅相机的时间分辨率由0.1μs提高至100 ps,空间分辨率约20 lp/mm,且实现了工程化及大画幅尺寸.随着ICF研究的深入,要求分幅相机时间分辨率优于30 ps.采用电子束时间放大技术可将分幅相机时间分辨率提高至5 ps.微电子技术的进步进一步推动了分幅相机的发展.基于CMOS芯片的单视线分幅成像系统时间分辨率为30 ps、空间分辨率为35μm.为了提高抗电磁干扰能力,最近几年发展出一种全光固体分幅相机.本文重点阐述了目前实用的微通道板(microchannel plate, MCP)行波选通X射线分幅技术及新型电子束时间放大X射线分幅技术,并对全固体分幅技术及全光固体分幅技术的未来发展进行了展望.     

超快速测量实验方法研究

电子显微镜和扫描隧道显微镜使人们能看到原子尺寸的微观世界图像, 极大地促进了化学、生命、材料、表面等学科的发展. 通过提高时间分辨率, 利用特定能量的飞秒和阿秒X射线脉冲来探测超快速化学反应, 如光合作用、DNA和蛋白质分子的合成和分解过程, 已经成为科学发展的前沿研究领域之一. 经过多年的探索, 作者在有关超短X射线脉冲产生(发光)、超快速测量(时间分辨率达到飞秒量级, 1 fs = 10^-15 s, 即1千万亿分之一秒, 和阿秒量级, 1 as = 10^-18 s, 即100亿亿分之一秒)等前沿领域取得了一些原创性的研究成果, 发现了原子在强激光场中产生飞秒和阿秒X射线脉冲的发射特性(即激光相位与X射线光子能量之间的关系), 揭示了发射特性的激光脉冲宽度依赖性和载波-包络相位(CEP)依赖性及其180°周期结构, 在理论上计算出了飞秒和阿秒X射线光电效应的量子增强现象及光电子能谱的干涉图像等. 提出了测量和应用CEP的新方法, 建立了应用于超快速测量的光电子能谱相位确定法, 找到了重建脉冲时间结构的光电子能谱微分变换方程、积分变换方程和比例变换方程. 利用这些先进的方法和变换方程, 能极大地提高超快速测量的实验效率和时间精度(理论均方根时间偏差为2 as). 这些研究成果为超快速测量实验研究和分子电影技术的发展奠定了重要的理论和技术基础.     

类钠铜离子72.22复合X射线激光

目前实验室X射线激光研究的主要方向是:一方面为获得短波长、高增益、高相干性和高转换效率的X光激光而努力;另一方面继续探求新的泵浦机制,当今国际上各大实验室所采用的主要泵浦机制有类氖、类镍电子碰撞激发泵浦机制及类氢、类锂复合泵浦机制,并都取得了重大进展,鉴于类钠离子与类锂离子具有相似的电子层结构,即都具有封闭内壳层     

编后记

中国科学院空间物理研究所研究员、前所长、北京科技大学教授方正知先生在《X射线物理学的新发展》一文中详尽回顾了伦琴发现X射线以来94牛间X射线物理学的迅猛发展历程。阐述了X射线学与其它学科相互渗透和交叉,产生了许多新的学科领域,在工业上的广泛应用一直处于尖端地位,对近代科学和近代技术的发展都有着极广泛的影响,为近代等离子体X射线学、离子碰撞X射线学、粒子沟道X射线学、异缘     

激光等离子体X射线摄谱及Te、N_e的测定

高功率激光束轰击靶材所形成的等离子体可在毫微秒到微微秒时间内产生上百焦耳的脉冲X射线,是一个强度极高的脉冲X光点源(Laser plasma X-ray,简称LPX),它在科学研究、工业和医学上都有重要的应用。同时,激光等离子体中高阶电离离子的X光线谱携带着关于高温等离子体各种基本参数及各种原子过程的大量信息,如电子温度、电子密度、膨胀速度、各阶     

激光内爆微球靶自发X射线时空特性

激光等离子体X射线诊断在获取内爆靶相互作用、输运和动力学信息方面起着十分重要的作用。用高时间分辨的条纹相机获得等离子体X光时间、空间发展图象则可获得对等离子体运动规律更加完整、深刻的认识。本文报道用条纹相机获得玻璃壳微球靶内爆过程中一维     

实现γ射线激光之路

分析了形成激光的诸要素,统一地理解了普通(以原子、分子或凝聚态物质为介质的)激光和自由电子激光的运作机制.由此认识了实现γ射线激光的困难和解决办法,即让带电粒子在普通激光中摆动,再配以适当的"共振"和"抽运"机制.为了进行精确可靠的分析我们建立了激光中的量子电动力学.她与真空中的量子电动力学等价,因此是当今最可靠的物理理论.由此明确得出的结论是,一束适当能量的单能直线前进的电子与一束单色平面波普通激光迎面相撞将产生γ射线激光,称为量子自由电子激光.当然,这是理想条件下的理论结论.然而协同学(synergetics)告诉我们,在实际条件逼近理想条件的过程中会有一临界点,越过这一点,诱致辐射的正反馈会导致一雪崩式的过程,电子束与普通激光碰撞产生的γ射线束遂相变为γ射线激光.     

相对论激光器

以狭义相对论和受激辐射理论为出发点,吸收天体物理和高能技术的思想,与激光物理结合,提出了一种新的激光原理。利用负温度态高能离子束辐射的相对论多普勒效应,原则上可以实现从红外到X射线连续调谐激光器,调频范围的理论值为∞。对此暂称     

特征X射线强度与入射电子能量的经验关系

特征X射线强度与入射电子能量的关系式在X射线衍射、X射线荧光分析及电子探针的实验中都是重要的参数。在不同的X射线管压管流条件下测定并比较衍射强度时或在X射线荧光及电子探针的定量工作中都需要利用这一关系式。我们在实验工作中发现,目前文献资料中普遍引用的这类理论计算或实验测定的关系式与实际情况不太吻合。本文用X射线     

X射线:开启现代生物学的钥匙

正说起X射线,人们首先会想到它是一种穿透力强大的隐形射线,能够照穿人体,留下骨骼的影像。其实X射线在诸多科研和技术领域都有着重要的应用:比如在机场和地铁站的行李安检仪,建筑和工业构件用的探伤仪,都是利用了X射线的穿透力;而材料科学领域则利用强大的X射线来照射新型材料,获取其内部结构信息;古生物研究可以利用X射线获得化石的内部结构;宇宙中远道而来的X射线则能为我们带来黑洞等神秘天体的信息。     

X光发现百年大事

今年11月8日,是伦琴发现X光100周年纪念日。1895年11月8日夜,德国乌兹堡大学校长、物理学教授伦琴偶然发现了能使铂氰化钡发光的射线,这就是人类发现的第一种穿透性射线X射线,即X光或X辐射。妙在他接着对X光进行了详细的夜以继日的7周研究并取得成果。还妙在他及时公布了这些成果。     

Al Lβ吸收边附近透过谱的奇怪振荡

厚度从几百纳米到几微米的无衬铝膜被广泛地用做软X射线的滤光片和衰减膜。例如在多靶的类氖锗软X射线激光实验中,谱线强度的变化有3～5个数量级,为保证记录底片能工作在线性区,需根据靶长的变化更换不同厚度的铝膜对实验中产生的软X射线进行衰减。又如在同步辐射软X射线波段的应用中,往往需要加很薄(几百纳米厚)的铝膜挡掉同步辐射中的可见光成分。此外,Al元素的K、L吸收边也被广泛地用于软X射线能量的定标中。 作者分别在同济大学和长春光学精密机械研究所用热蒸发和电子束蒸发两种方法制备了0.3μ到2.5μm厚的无衬铝膜。在已抛光的玻璃衬底上先蒸镀一层NaCl作为脱膜剂,然后蒸镀Al膜,经脱膜获得厚度均匀(不均匀性小于5％,在100平方毫米范围内)的无衬铝膜。杜杰,王珏等对Al膜所作的Auger谱分析表明:铝膜表面的氧化层大约有7.5nm厚,氧化的主要产物是Al_2O_3。