维也纳工业大学改进了生成X射线激光脉冲的技术

2023-01-28 16:06

强烈、极短波X射线脉冲在纳米波长范围内很难产生，但目前，TU Wien（奥地利维也纳技术大学）已经开发出一种新的、更简单的方法。该方法的起点不是钛蓝宝石激光器，而是镱激光器，关键诀窍是光被送过一种气体，以改变其属性。

激光束的波长取决于产生它的材料。在相关的原子或分子中，电子从一种状态转变为另一种能量较低的状态。这导致一个光子被发射出来－－其波长取决于电子在其状态变化过程中失去多少能量。通过这种方式，可以产生从红色到紫色不同的激光颜色。

然而，为了创造波长更小的激光束，必须采用特殊的技巧。首先，长波长的激光束被创造出来并射向原子。一个电子从原子上被扯下来，在激光的电场中被加速。然后它转回来，再次与它所来自的原子相撞－－从而可以产生短波X射线。这种技术被称为＂高次谐波产生＂。

维也纳工业大学光子学研究所的保罗－卡佩贾尼说：“乍一看，这种情况似乎有点违反直觉，但事实证明，原始激光束的波长越大，你最终能实现的波长就越小。”然而，在这个过程中，X射线辐射的效率也会下降：如果目的是生产非常短波的辐射，其强度会变得非常低。

用镱代替钛用气体代替晶体

到目前为止，这种技术几乎总是通过使用钛蓝宝石激光器，然后用特殊的晶体增加其辐射的波长，以便通过高次谐波产生尽可能短的X射线辐射。维也纳大学的团队现在开发出一种更简单也更强大的方法。他们使用了一种镱激光，镱激光器比钛－蓝宝石激光器更简单、更便宜、更强大，但直到现在，它们在X射线生产中的性能还低得多。

“在维也纳大学，研究者首先增加了镱激光器的辐射波长，不是像通常那样通过晶体发送这种辐射，而是通过分子气体发送这种辐射。”Paolo Carpeggiani说：“这极大地提高了效率，从过去的20％到现在的80％左右。”

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