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X射线激光器

导读: 近日,美国报道了波长13nm的桌面型X射线激光器,其能在30秒内获得25nm的成像分辨率。


  近日,美国报道了波长13nm的桌面型X射线激光器,其能在30秒内获得25nm的成像分辨率。相比于之前需要80分钟才能获得30-50nm分辨率的光源而言,该结果为人们留下了深刻印象。然而如今,美国国家自然科学基金极紫外科学与技术工程研究中心(NSF EUV ERC)、科罗拉多州立大学、加州大学伯克利分校以及橡树岭国家实验室的联合研究小组,演示了一种高脉冲能量的、波长8.8nm桌面型X射线激光源,重复频率达到1Hz。与之相比,以往基于等离子体的产生波长10.9nm以下X射线辐射的方法,通常重复率很低,仅为每小时若干发辐射。

  更低的泵浦能量

  直到最近,要想产生波长小于10nm的软X射线激光器,需要采用几十焦的泵浦能量以及合适的工作物质。在本项研究工作中,为了从1-2mm厚的固态类镍镧(La)靶中获得增益饱和的8.8nm激光输出,研究人员仅需要7.5nJ的光泵浦能量。

  泵浦装置中包括来自800nm钛蓝宝石激光器的两个脉冲(如图)。

             图:工作频率为1Hz、低泵浦能量的波长8.8nm的软X射线激光器的实验装置图及光谱。

    第一个法向入射预脉冲具有6×1012W/cm2的光强,半高全宽(FWHM)脉宽为210ps,并通过球面透镜及柱透镜聚焦为30μm×6.4mm的线焦点。该预脉冲能够快速加热等离子体,从而在类镍态(La+29)中产生大量的离子。等离子体膨胀后,第二个能量为4J、光强为6×1014W/cm2、脉宽为3ps的脉冲,以35o入射角将等离子体加热到大约850eV的电子温度,并且有效地将离子激发到激光上能级。这一入射角以及通过聚焦光学元件后获得的均匀30μm×6.4mm的线焦点,确保了折射能够有效地将泵浦光束能量耦合到等离子体中,以获得最大的X射线发射。

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