X射線激光器被稱作自由電子激光器,這是�?yàn)?,X射線具有眾人皆知的穿透能力。它類似于激光放大器,輸出波�(zhǎng)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��
?。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�(zhǎng)是由�(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�(zhǎng)的激光�
核激�(lì)X射線激光器
用核爆炸�(chǎn)生的�(qiáng)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(diǎn)是波�(zhǎng)�,在特定方向上有極高的輻亮度。因而核激�(lì)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�(shí),布置在其周圍的激光工作物�(zhì)(一般制成細(xì)�(zhǎng)的絲)吸收大量輻射能�,成為高溫等離子體狀�(tài)。在一定條件下,通過某種�(jī)制,處于低能�(jí)的束縛電子被激�(fā)到高能級(jí),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(shí)由于輻射的受激過程,工作介�(zhì)�(duì)一定波�(zhǎng)的X射線具有放大作用。當(dāng)�(dá)到一定程度時(shí)便發(fā)射X射線激光,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體,已有很多�(shí)�(yàn)室通過電子碰撞泵浦與復(fù)合反�(zhuǎn),實(shí)�(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)用,努力提高其相干度、壓縮線寬是十分必要的。另一�(gè)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(zhǎng)范圍的激光,它將為X射線全息�(shù)、生物光子學(xué)技�(shù)等提供有力的工具。為了獲得更短波�(zhǎng)的激�,顯�,要靠更深層次電子的激�(fā),因此需要短波長(zhǎng)的脈沖激光器作為X射線激光的�(qū)�(dòng)��
位于美國(guó)斯坦福直線加速器中心(SLAC)國(guó)家加速器�(shí)�(yàn)室內(nèi)、迄今世界最�(qiáng)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(dòng)以來的項(xiàng)�(shí)�(yàn)成果:其�(qiáng)大而獨(dú)特的能力,達(dá)到了可操縱原子樣本上單�(gè)電子的水�,從�(nèi)到外逐�(gè)將電子剝�,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(qiáng)度與操控�,該�(jié)果讓科學(xué)界人士大為贊�;甚至包括研究人員自己在�(nèi),直到實(shí)�(yàn)成功才真正相�,X射線已可�(dá)到如此精�(zhǔn)之地步�
SLAC�(guó)家加速器�(shí)�(yàn)室隸屬美�(guó)能源��40余年來執(zhí)著于�(duì)自然界基本規(guī)律的探索,以物理�(shí)�(yàn)手段揭示了許多自然界的秘密�
2009�4�,直線加速器相干光源(LCLS)在這里成功誕生。這�(gè)巨型激光器�(zhǎng)130米,由實(shí)�(yàn)�3公里�(zhǎng)的直線粒子加速器提供�(dòng)�,每次啟�(dòng)�(fā)光裝置研究人員需�2小時(shí)。該�(shè)備制成耗時(shí)3�,而從�(jì)劃提出到完成開工�(zhǔn)備歷�(shí)幾乎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)出的脈沖亮度都要高,�(cè)試光的波�(zhǎng)�0.15納米(nm�,是�(dāng)�(shí)人類�(chuàng)造的最短波�(zhǎng)同時(shí)具有能量的光�
此后一年時(shí)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?yàn)槠渫耆煌谒幸郧暗募す馄鳎哼@是國(guó)際上最早提出的第四代光源之一,亦是世界上�(gè)�(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�(zhǎng)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(shí)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;從效果上來講,LCLS亮度能比以往光源�10億�,產(chǎn)生脈沖短暫到百萬(wàn)分之二納秒,為滿足各種應(yīng)用需�,LCLS的輸出可以在原子、分子和光學(xué)�(lǐng)域的不同�(shè)備之間�(jìn)行切�。科�(xué)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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