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X射線激光器
全球首款基于固體的X射線激光器研制成功
材料來源:互聯(lián)網(wǎng)          

研究人員首次基于固體研制出了X射線激光器。其方法是基于德國電子同步加速器研究所(DESY)的脈沖自由電子激光器開辟的材料研究全新途徑,相關(guān)報道由德國亥姆霍茲柏林中心(HZB)Alexander Föhlisch教授發(fā)表在“自然”雜志上。

“該技術(shù)可用來分析敏感樣品,而這些樣品在其它強X射線照射下會被破壞”就任于德國漢堡大學和漢堡自由電子激光科學中心(CFEL)的合作教授維爾弗里德·伍爾特指出,此項研究是DESY、馬克斯·普朗克協(xié)會和德國漢堡大學的合作成果。

輸入激光可激發(fā)硅晶體中的原子產(chǎn)生波長稍長的脈沖激光。不像DVD播放機中的激光二極管,此項研究建立了迄今被認為不可能實現(xiàn)的小型固體X射線激光器。一方面,用于激發(fā)激光介質(zhì)所需的能量過高。另一方面,激勵必須是在高強度下,而這不可能在一個小型設(shè)備中實現(xiàn)。由于這個原因,X射線激光器通常都是基于粒子加速器的大型設(shè)備。加速器中的高能電子已接近光速,再被緊密排列的強磁場阻攔減速,在每個轉(zhuǎn)折處發(fā)射出X射線,累加起來即可發(fā)出激光脈沖,這就是自由電子激光器(FEL)的發(fā)光原理。

研究人員利用DESY的脈沖自由電子激光器使硅晶體發(fā)射X射線。FLASH脈沖的能量足夠高,可在緊密結(jié)合的硅原子電子殼層中激發(fā)出電子,使原子變成離子。很快,這個電子空穴就被相對弱的束縛電子填充,使其能量降低。原則上,通過這個步驟釋放的能量足以產(chǎn)生小的X射線脈沖。雖然,發(fā)出的X射線很弱,多數(shù)情況下它會被傳遞到另一個電子上,并使其突破原子殼。在此高能量下,這種“螺旋過程”產(chǎn)生了比發(fā)射脈沖更高的頻率,使其處于傳統(tǒng)激光器幾乎不能達到的X射線區(qū)域。若在材料研究中使用傳統(tǒng)的強X射線脈沖,產(chǎn)生的電子將使樣品溫度大幅升高,從而被迅速破壞。
 


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