X射线激光器 X-ray lasers

2022-10-21 11:32:07 浏览:244

定义

在X射线光谱区域发射的激光器。

X射线激光器是在X射线的光谱区域发射的激光装置,即波长只有几纳米。在这种极端的光谱区域,传统的激光增益介质是不能使用的。有不同的技术方法:

  • 自由电子激光器的增益介质是一个起伏器,通过它发送非常高能的电子。对于高电子能量和短起伏周期的组合,达到非常短的波长[12]
  • X射线区域的光增益也可以在等离子体中产生,等离子体本身通常由激光束或放电产生。(第一批这样的激光器是用核爆炸的X射线泵浦的。激光跃迁位于高电荷离子的激发态之间(例如Ta45+适用于 4.5 纳米和硒24+对于 20 纳米)。

由于很难为如此短的波长构建低损耗激光谐振器,因此在大多数情况下(特别是对于较短的波长),X射线激光器在没有谐振器的情况下构建,并且实际上作为ASE源(超发光源)运行。然而,这降低了空间和时间的连贯性。如果有合适的窄带种子源,注射播种可以实现更高的空间和时间相干性以及更高的输出功率。

激光器也可以以其他方式用于产生X射线,特别是高谐波产生,这是一种非线性频率转换。在如此高的谐波中可以达到的光功率相当低,但是可以在等离子体中放大某些谐波[8,13]

参考文献

[1] M. A. Duguay and P. M. Rentzepis, “Some approaches to vacuum UV and X-ray lasers”, Appl. Phys. Lett. 10 (12), 350 (1967), doi:10.1063/1.1728208
[2] G. C. Baldwin et al., “Approaches to the development of gamma-ray lasers”, Rev. Mod. Phys. 53, 687 (1981), doi:10.1103/RevModPhys.53.687
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[4] D. L. Matthews et al., “Demonstration of a soft X-ray amplifier”, Phys. Rev. Lett. 54 (2), 110 (1985), doi:10.1103/PhysRevLett.54.110
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[12] W. Ackermann et al., “Operation of a free-electron laser from the extreme ultraviolet to the water window”, Nature Photon. 1, 336 (2007), doi:10.1038/nphoton.2007.76
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[15] F. J. Furch et al., “Demonstration of an all-diode-pumped soft x-ray laser”, Opt. Lett. 34 (21), 3352 (2009), doi:10.1364/OL.34.003352
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[19] P. Emma et al., “First lasing and operation of an ångstrom-wavelength free-electron laser”, Nature Photon. 4, 641 (2010), doi:10.1038/nphoton.2010.176
[20] J. N. Galayda et al., “X-ray free-electron lasers – present and future capabilities”, J. Opt. Soc. Am. B 27 (11), B106 (2010), doi:10.1364/JOSAB.27.00B106
[21] E. Allaria et al., “Two-stage seeded soft-X-ray free-electron laser”, Nat. Photon. 7, 913 (2013)
[22] Y. Wang et al., “Gain dynamics in a soft-X-ray laser amplifier perturbed by a strong injected X-ray field”, Nature Photon. 8, 381 (2014), doi:10.1038/nphoton.2014.79

激光器

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