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X射線激光器是中國的一個科技名詞。

語言一發即逝,不留痕跡。當人類意識到需要把說出的話記下來時,就發明了文字[1]。在世界範圍內,曾經獨立形成的古老文字除我們的漢字外,還有埃及的聖書字、兩河流域的楔形文字、古印度的印章文字以及中美洲的瑪雅文[2]。後來,這些古老文字的命運各不相同,或因某種歷史原因而消亡,如瑪雅文;或因文字的根本變革而遭廢棄,如楔形文、聖書字,只漢字沿用至今,而且古今傳承的脈絡清晰可見,成了中華民族文化的良好載體。

名詞解釋

X射線激光器是一種高亮度、短波長相干光源並可以短脈衝方式運行的激光器,它在需要高時空分辨的微觀快過程的研究領域有着廣闊的應用前景。

實驗室研製的都是軟X射線激光器。X射線激光器是已研製出的波長最短的激光器,也是相應波段亮度最大的相干光源。

X激光的產生

用於X射線激光器的泵浦源主要是高功率激光器。線聚焦強激光打到靶上,沿着焦線方向形成高溫等離子體柱。在一定條件下,等離子體柱中特定離子的某兩個能級(激光發射的上下能級)可形成粒子數反轉,所發射的X射線在沿着等離子體柱傳播過程中被放大形成X射線激光。

組成

X射線激光器和普通激光器類似,可由驅動源、工作物質和諧振腔三部分組成。驅動源是高功率激光器、高壓放電裝置甚至核裝置等能向工作物質饋送能量的激勵裝置,普遍採用的是高功率激光器。工作物質是驅動源產生的等離子體,所以這種激光也稱為等離子體X射線激光。軟X射線激光的光腔由多層膜X射線反射鏡、多層膜輸出耦合(分光)鏡和工作物質組成。由於X射線波長很短,工作物質是高溫高密度的等離子體,在這種環境條件下光學器件很容易被破壞,加之在等離子體中維持增益係數足夠大的時間(壽命)短,因此多程放大的機會小,通常採用單程放大(放大的自發輻射)。

應用

生物活細胞的激光成像是X射線激光的重要應用領域.它不需要像應用電子顯微鏡那樣的樣品製備過程,也不受樣品活動的影響,並且在樣品受到損傷之前就可完成成像過程。因此,採用波長在水窗附近(~ 4.4nm)的X射線激光作光源的X射線顯微鏡就可獲得活細胞組織的圖像,採用X射線激光全息術還可得到三維全息圖,這對生物學、醫學和生命科學的研究都具有重要意義。這項技術正被用於研究DNA在精子細胞內的排列。

X射線激光作激光探針用來診斷激光產生的高溫等離子體內部,特別是臨界面附近的密度分布將是X射線激光另一重要應用。這將為激光與物質相互作用的研究,特別是慣性約束聚變靶物理研究提供有效的診斷手段。

此外,材料科學、微電子學、化學、原子物理學以及精密加工等也都是X射線激光有希望的應用領域。受到X射線激光器發展水平的限制,其應用的研究剛剛開始.隨着X射線激光器性能的改進和費用的降低,特別是小型台式X射線激光器研製的成功,X射線激光必將在科學技術發展中發揮越來越大的作用。

2022年,德國、法國研究團隊利用直線加速器相干光源(LCLS)X射線激光器進行了實驗,用它來分析當強烈的激光擊中PET薄膜時會發生什麼,是否產生了納米鑽石以及鑽石生長的速度和大小。

參考文獻