全球首款基于固体的X射线激光器研制成功

2013-09-13 admin1 60

研究人员首次基于固体研制出了X射线激光器。其方法是基于德国电子同步加速器研究所(DESY)的脉冲自由电子激光器开辟的材料研究全新途径,相关报道由德国亥姆霍兹柏林中心(HZB)Alexander Föhlisch教授发表在“自然”杂志上。

“该技术可用来分析敏感样品,而这些样品在其它强X射线照射下会被破坏”就任于德国汉堡大学和汉堡自由电子激光科学中心(CFEL)的合作教授维尔弗里德·伍尔特指出,此项研究是DESY、马克斯·普朗克协会和德国汉堡大学的合作成果。

输入激光可激发硅晶体中的原子产生波长稍长的脉冲激光。不像DVD播放机中的激光二极管,此项研究建立了迄今被认为不可能实现的小型固体X射线激光器。一方面,用于激发激光介质所需的能量过高。另一方面,激励必须是在高强度下,而这不可能在一个小型设备中实现。由于这个原因,X射线激光器通常都是基于粒子加速器的大型设备。加速器中的高能电子已接近光速,再被紧密排列的强磁场阻拦减速,在每个转折处发射出X射线,累加起来即可发出激光脉冲,这就是自由电子激光器(FEL)的发光原理。

研究人员利用DESY的脉冲自由电子激光器使硅晶体发射X射线。FLASH脉冲的能量足够高,可在紧密结合的硅原子电子壳层中激发出电子,使原子变成离子。很快,这个电子空穴就被相对弱的束缚电子填充,使其能量降低。原则上,通过这个步骤释放的能量足以产生小的X射线脉冲。虽然,发出的X射线很弱,多数情况下它会被传递到另一个电子上,并使其突破原子壳。在此高能量下,这种“螺旋过程”产生了比发射脉冲更高的频率,使其处于传统激光器几乎不能达到的X射线区域。若在材料研究中使用传统的强X射线脉冲,产生的电子将使样品温度大幅升高,从而被迅速破坏。

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