рентгеновский лазер
 | В этой статье есть несколько проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти шаблонные сообщения )
|
может Рентгеновский лазер быть создан несколькими методами: либо в горячей плотной плазме , либо в виде лазера на свободных электронах в ускорителе . В этой статье описаны только рентгеновские лазеры в плазме.
Плазменные рентгеновские лазеры используют стимулированное излучение для генерации или усиления когерентного высокой яркости , направленного, электромагнитного излучения в ближней рентгеновской или крайне ультрафиолетовой области спектра, то есть обычно от ~3 нанометров до нескольких десятков нанометров. (нм) длина волны .
Из-за высокого усиления активной среды и короткого времени жизни верхнего состояния (1–100 пс ) рентгеновские лазеры обычно работают без зеркал; пучок рентгеновских лучей генерируется за один проход через усиливающую среду. Испускаемое излучение, основанное на усиленном спонтанном излучении , имеет относительно низкую пространственную когерентность . Линия в основном имеет доплеровское уширение , что зависит от температуры ионов.
Поскольку обычные видимого света лазерные переходы между электронными или колебательными состояниями соответствуют энергиям всего лишь до 10 эВ разные активные среды , для рентгеновских лазеров необходимы .
Между 1978 и 1988 годами в рамках проекта «Эскалибур» американские военные пытались разработать рентгеновский лазер с накачкой ядерным взрывом для защиты от баллистических ракет в рамках (СОИ) « Звездных войн » Стратегической оборонной инициативы . [1]
Активные СМИ
[ редактировать ]К наиболее часто используемым средам относится высокоионизированная плазма , создаваемая в капиллярном разряде или при попадании линейно сфокусированного оптического импульса на твердую мишень. В соответствии с уравнением ионизации Саха наиболее стабильными электронными конфигурациями являются неоновая с оставшимися 10 электронами и никелевая с оставшимися 28 электронами. Электронные переходы в высокоионизованной плазме обычно соответствуют энергиям порядка сотен электронвольт ( эВ ).
Общие методы создания плазменных рентгеновских лазеров включают:
- Капиллярная плазменно-разрядная среда . В этой установке капилляр длиной несколько сантиметров, изготовленный из стойкого материала (например, оксида алюминия ), удерживает сильноточный субмикросекундный электрический импульс в газе низкого давления. Сила Лоренца вызывает дальнейшее сжатие плазменного разряда (см. пинч ). Кроме того, часто используют предионизационный электрический или оптический импульс. Примером может служить капиллярный неоноподобный Ar. 8+ лазер, генерирующий излучение с длиной волны 47 нм, который впервые был продемонстрирован в 1994 году. [2]
- Целевая среда из твердой плиты : после воздействия сверхинтенсивного оптического (лазерного) импульса металлическая мишень испаряется и испускает высоковозбужденную плазму. Опять же, в так называемой схеме «переходной накачки» обычно используется пара импульсов: [3] (1) более длинный импульс порядка наносекунд (иногда ему предшествуют один или несколько меньших «предимпульсов») часто используется для создания плазмы и (2) второй, более короткий (порядка сотен фемтосекунд или пикосекунд) ) и более энергичный импульс используется для дальнейшего возбуждения плазменного объема. Для короткого времени жизни была разработана так называемая «бегущая волна», при которой плазма нагревается непосредственно перед прохождением рентгеновских фотонов (так называемая геометрия «принципа гильотины»). Для повышения эффективности передачи энергии от нагревающего лазерного импульса в активную среду (плазму) иногда применяют сдвиговый импульс возбуждения, так называемую GRIP - скользящего падения геометрию накачки . Градиент поверхности мишени , показателя преломления плазмы приводит к отклонению усиленного импульса от поскольку на частотах выше резонанса показатель преломления уменьшается с увеличением плотности вещества. Это можно компенсировать, используя изогнутые мишени или несколько мишеней последовательно.
- Плазма, возбуждаемая оптическим полем : При оптической плотности, достаточно высокой, чтобы вызвать эффективное туннелирование электронов или даже подавить потенциальный барьер (> 10 16 Вт/см 2 ), можно сильно ионизировать газ без контакта с каким-либо капилляром или мишенью. Коллинеарная установка [ нужны разъяснения ] обычно используется, обеспечивая синхронизацию импульсов накачки и сигнала.
Альтернативной усиливающей средой является релятивистский электронный пучок в лазере на свободных электронах , который, строго говоря, использует вынужденное комптоновское рассеяние вместо вынужденного излучения.
Другими подходами к оптически индуцированной генерации когерентного рентгеновского излучения являются:
- генерация высоких гармоник [4] [5] [6]
- вынужденное томсоновское рассеяние
- Бетатронное излучение [7]
Приложения
[ редактировать ]Приложения когерентного рентгеновского излучения включают когерентную дифракционную визуализацию , исследование плотной плазмы (непрозрачной для видимого излучения), рентгеновскую микроскопию, с фазовым разрешением медицинскую визуализацию , исследование поверхности материалов и вооружение.
Мягкий рентгеновский лазер может выполнять абляционную лазерную стимуляцию .
См. также
[ редактировать ]- Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах
- Промышленное компьютерное сканирование
- Рентгеновский лазер на свободных электронах LCLS в SLAC
- Рентгеновский лазер Стратегической оборонной инициативы и проект Экскалибур
Ссылки
[ редактировать ]- ^ www.darpa.mil https://www.darpa.mil/program/excalibur . Проверено 2 ноября 2023 г.
{{cite web}}: Отсутствует или пусто|title=( помощь ) - ^ Рокка, Джей-Джей; Шляпцев В.; Томасель, ФГ; Кортасар, О.Д.; Хартшорн, Д.; Чилла, JLA (17 октября 1994 г.). «Демонстрация настольного лазера мягкого рентгеновского излучения с разрядной накачкой» . Письма о физических отзывах . 73 (16): 2192–2195. doi : 10.1103/PhysRevLett.73.2192 . hdl : 10217/67823 .
- ^ Куба, Ярослав. Экспериментальное и теоретическое исследование рентгеновских лазеров с накачкой сверхкоротким лазерным импульсом: переходная накачка Ni-подобных ионов Ag . Университет Парижа, Франция, 2001 г.
- ^ Чанг, Цзэнху; Рундквист, Энди; Ван, Хайвэнь; Мурнейн, Маргарет М.; Каптейн, Генри К. (20 октября 1997 г.). «Генерация когерентных мягких рентгеновских лучей на длине волны 2,7 нм с использованием высоких гармоник». Письма о физических отзывах . 79 (16): 2967. Бибкод : 1997PhRvL..79.2967C . doi : 10.1103/PhysRevLett.79.2967 .
- ^ Попминчев1, Тениус; Чен, Мин-Чанг; Попминчев ушел в отставку; Харпин, Пол; Браун, Сюзанна; Алишаускас, Скирманс; Андрюкайтис, Гедрюс; Бальчюнас, Тадас; Маке, Оливер Д.; Пагзлис, Аудриус; Балтушка, Андрюс; Шим, Бонгу; Шраут, Сэмюэл Э.; Гаэта, Александр; Эрнандес-Гарсия, Чарльз; Бич, Луис; Беккер, Эндрю; Ярон-Беккер, Агнешка; Мурнейн, Маргарет М.; Капитан Генри К. (8 июня 2012 г.). «Яркие когерентные сверхвысокие гармоники в кэВном рентгеновском режиме от фемтосекундных лазеров среднего инфракрасного диапазона». Наука 336 (6086): 1287–1291. Бибкод : 2012Наука... 336.1287P дои : 10.1126/science.1218497 . hdl : 10366/147089 . ПМИД 22679093 . S2CID 24628513 .
{{cite journal}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Попминчев Д.; Эрнандес-Гарсия, К.; Доллар, Ф.; Манкузо, Калифорния; Пэн, ПК-К.; Барвик, Б.; Горман, Т.Т.; Алонсо-Мори, Р.; Алишаускас, С.; Андрюкайтис, Г.; Балтушка А.; Бостедт, К.; Чен, М.-К.; Даковски, Г.Л.; Дерфи, CG; Экерт, С.; Фан, Т.-М.; Фергюсон, WR; Фришкорн, КГ; и др. (2015). «Ультрафиолетовый сюрприз: эффективная генерация высоких гармоник мягкого рентгеновского излучения в многократно ионизированной плазме». Наука . 350 (6265): 1225–1231. Бибкод : 2015Sci...350.1225P . дои : 10.1126/science.aac9755 . hdl : 10366/147088 . ПМИД 26785483 .
- ^ Уиттум, Дэвид Х.; Сесслер, Эндрю М.; Доусон, Джон М. (1990). «Ионно-канальный лазер» . Письма о физических отзывах . 64 (21): 2511–2514. Бибкод : 1990PhRvL..64.2511W . doi : 10.1103/PhysRevLett.64.2511 . ПМИД 10041731 .