Рентгеновский лазер - X-ray laser

An Рентгеновский лазер это устройство, которое использует стимулированное излучение генерировать или усиливать электромагнитное излучение в ближайшем рентгеновский снимок или крайний ультрафиолетовый области спектра, то есть обычно порядка нескольких десятков нанометры (нм) длина волны.

Из-за высокого коэффициента усиления в лазерной среде короткие времена жизни верхнего состояния (1–100пс ), а также проблемы, связанные с конструкцией зеркал, способных отражать рентгеновские лучи, рентгеновские лазеры обычно работают без зеркал; пучок рентгеновских лучей генерируется за один проход через усиливающую среду. Испускаемое излучение, основанное на усиленное спонтанное излучение, имеет относительно низкую пространственную согласованность. Линия в основном Допплер расширен, которая зависит от температуры ионов.

Как общий видимый свет лазерные переходы между электронный или колебательные состояния соответствуют энергии только до 10 эВ, разные активные СМИ необходимы для рентгеновских лазеров. Опять же, другие активные среды - возбужденные атомные ядра - должны использоваться, если еще более высокая частота, гамма-лазеры должны быть построены.

Между 1978 и 1988 гг. Проект Экскалибур Военные США пытались разработать рентгеновский лазер с накачкой от ядерного взрыва для защиты от баллистических ракет в рамках «Звездных войн». Стратегическая оборонная инициатива (SDI).

Рентгеновские лазерные активные среды

Наиболее часто используемые носители включают сильно ионизированный плазма, возникающий в капиллярном разряде или при попадании линейно сфокусированного оптического импульса на твердую цель. В соответствии с Уравнение ионизации Саха, наиболее стабильными электронными конфигурациями являются неон -подобно с оставшимися 10 электронами и никель -подобно, когда осталось 28 электронов. Электронные переходы в сильно ионизированной плазме обычно соответствуют энергиям порядка сотен электрон-вольт (эВ).

Вакуумные камеры на Приятели лаборатория в Праге, где 1 кДж импульс создает плазму для генерации рентгеновских лучей

Общие методы создания рентгеновских лазеров включают:

  • Капиллярные плазморазрядные среды: В этой установке капилляр длиной несколько сантиметров из прочного материала (например, глинозем ) ограничивает сильноточный электрический импульс субмикросекундной длительности в газе с низким давлением. В Сила Лоренца вызывает дальнейшее сжатие плазменного разряда (см. ущипнуть ). Кроме того, часто используется предыонизационный электрический или оптический импульс. Примером может служить капиллярный неоноподобный Ar8+ лазер (генерирующий излучение на 47 нм).
  • Целевая среда из цельных плит: После попадания оптического импульса цель испускает сильно возбужденную плазму. Опять же, более длинный «предварительный импульс» часто используется для создания плазмы, а второй, более короткий и более энергичный импульс используется для дальнейшего возбуждения в объеме плазмы. Для коротких сроков службы может потребоваться срезанный импульс возбуждения (GRIP - заболеваемость выпасом насос). В градиент в показатель преломления плазмы заставляет усиленный импульс искривляться из поверхность мишени, потому что на частотах выше резонанса показатель преломления уменьшается с плотностью вещества. Это можно компенсировать последовательным использованием изогнутых мишеней или нескольких мишеней.
  • Плазма, возбуждаемая оптическим полем: При достаточно высокой оптической плотности, чтобы вызвать эффективное электронное туннелирование, или даже подавить потенциальный барьер (> 1016 Вт / см2), можно сильно ионизировать газ без контакта с каким-либо капилляром или мишенью. Коллинеарная установка[требуется разъяснение ] обычно используется, обеспечивая синхронизацию импульсов накачки и сигнала.

Альтернативной усиливающей средой является релятивистский электронный пучок в лазер на свободных электронах, который, строго говоря, использует стимулированные Комптоновское рассеяние вместо вынужденного излучения.

Другие подходы к генерации когерентного рентгеновского излучения с оптическим индуцированием:

Приложения

Применения когерентного рентгеновского излучения включают: когерентная дифракционная визуализация, исследование плотной плазмы (непрозрачной для видимого излучения), рентгеновская микроскопия, с фазовым разрешением медицинская визуализация, материал исследования поверхности и вооружение.

Мягкий рентгеновский лазер может выполнять абляционный лазерный движитель.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Чанг, Зенху; Рундквист, Энди; Ван, Хайвэнь; Murnane, Margaret M .; Каптейн, Генри К. (20 октября 1997 г.). «Генерация когерентных мягких рентгеновских лучей на 2,7 нм с использованием высоких гармоник». Письма с физическими проверками. 79: 2967. Дои:10.1103 / PhysRevLett.79.2967.
  2. ^ Попминчев1, Тенио; Чен, Мин-Чанг; Попминчев, Димитар; Арпин, Пол; Браун, Сюзанна; Алишаускас, Скирмантас; Андрюкайтис, Гедриус; Балчюнас, Тадас; Mücke, Oliver D .; Пугзлис, Аудриус; Балтушка, Андрюс; Шим, Бонггу; Schrauth, Samuel E .; Гаэта, Александр; Эрнандес-Гарсия, Карлос; Плайя, Луис; Беккер, Андреас; Ярон-Беккер, Агнешка; Murnane, Margaret M .; Каптейн, Генри К. (8 июня 2012 г.). «Яркие когерентные сверхвысокие гармоники в кэВ-рентгеновском режиме от фемтосекундных лазеров среднего инфракрасного диапазона». Наука. 336 (6086): 1287–1291. Дои:10.1126 / science.1218497.
  3. ^ https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.64.2511