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科学难题:如何实现keVX射线激光器?

本文摘要:自第一台光纤激光器建构和投入使用后,开发设计更加强劲的X射线(即10keV)激光系统就被出台了日程。自此,科学家就仍然希望修建这样一种激光设备,因为飞秒keVX射线脉冲具备光束(即平行光)、相干性等特点可以广泛应用在科学、技术和医药领域。例如,此类设备可用作在不毁坏周围的组织的情况下实行肿瘤放射治疗。 激光器一般由谐振器与缩放(或增益)介质两个主要部分构成。 谐振器由一组可调节所须要光束驻波频率的镜片构成,而增益介质则用作缩放经过它的光束。

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自第一台光纤激光器建构和投入使用后,开发设计更加强劲的X射线(即10keV)激光系统就被出台了日程。自此,科学家就仍然希望修建这样一种激光设备,因为飞秒keVX射线脉冲具备光束(即平行光)、相干性等特点可以广泛应用在科学、技术和医药领域。例如,此类设备可用作在不毁坏周围的组织的情况下实行肿瘤放射治疗。  激光器一般由谐振器与缩放(或增益)介质两个主要部分构成。

谐振器由一组可调节所须要光束驻波频率的镜片构成,而增益介质则用作缩放经过它的光束。修建keVX射线激光器,须要解决问题这两个组件中不存在的数个相当严重问题。当电子从较高的激发态光子至较低的激发态时,原子不会升空X射线电磁辐射,这里不存在的一项容许是内核电子态的飞秒寿命。

另一项容许是能用镜片(精心挑选出的晶体)的反射率非常低。此外,光线晶体的布拉格角必需与X射线激光波长几乎给定。通过很短电子或X射线脉冲展开泵浦构建原子内壳层离子化被指出是构建增益的有可能方法之一,事实上,利用X射线脉冲泵浦氖气可实现1.146nm的增益。

  第一台keVX射线激光器谐振器由四块低定向浸渍石墨(HOPG)晶体构成。要构建原始的往返波动,必须取得45的布拉格衍射角B(即入射光束方向与分解的散射光束之间的角度)。

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石墨晶格间距d为1.677。来自晶面的光线由米勒指数回应(004),当d为2.37时B=45,与钕X射线升空线的波长(用L回应)重合。另一种可能性是,用金刚石晶体来替换谐振器晶体,前者的反射率远高于石墨。

但是,布拉格散射拒绝接受角十分较宽(金刚石晶体的角分顺序),且所需的准确X射线波长与布拉格角相匹配的可能性很低,因此意味著此类谐振腔十分无法偏移。低反射率HOPG石墨晶体对较低损耗X射线激光器谐振器而言,具备十分诱人的潜力。


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