[發明專利]阿秒X-射線脈沖強度和啁啾時間分布的測量方法及應用

無效

• 申請號: 201110451978.6
• 申請日: 2011-12-29
• 公開（公告）號: CN102507021A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 葛愉成
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11360
• 代理人: 張肖琪

技術領域

本發明屬于超快光學，具體涉及一種同時測量阿秒X-射線脈沖強度和啁啾時間分布的方法及其應用。

背景技術

不管是產生還是應用阿秒(10^-18秒)X-射線，都需要研究和測量光脈沖的時間特性，即強度和頻率(啁啾)隨時間分布的函數。由于缺乏可利用的測量阿秒X-射線的非線性光學效應和相應的介質，目前還不能用儀器直接測量這些參數。但是，X-射線與如氣體原子物質相互作用，會通過光電效應產生光電子。如果這些光電子同時被激光電場作用，它的末態動量將有一定的分布。這種分布與原子或分子的結構和X-射線的時間特性及激光參數有關，理論上可以通過解薛定諤方程計算得到。實驗上，通過測量光電子的動量或能量分布，如與激光線性極化方向成0°或180°的光電子能譜，可以獲得阿秒X-射線脈沖本身的時間信息以及化學健或分子軌道的動態演化信息。光電子能譜包含了這些時間信息，但它與脈沖的時間特性或分子軌道特性之間的關系并不是直觀的。這是由于光電效應是一個典型的量子過程，光電子能譜具有復雜性，包含了不同時刻產生的光電子波包之間的量子干涉結果。利用現有的阿秒光譜相位干涉直接電場重建法SPIDER(spectral?phase?interferometry?for?direct?electric?field?reconstruction)技術，需要對阿秒X-射線單脈沖進行分光，使之成為兩個等同的、并具有一定時間差的單脈沖序列。通過測量和分析這兩個單脈沖激發同一束氣體原子產生的光電子之間的干涉圖像獲取阿秒X-射線單脈沖的時間特性。這種測量方法技術上要求很高，需要對單脈沖進行分光、聚焦和高分辨率電子能譜測量。使用由傳統低能量光子領域中的頻率分辨光柵FROG(frequency-resolved?optical?gating)原理發展起來的阿秒FROG技術，在實驗上需要在幾十分鐘時間內，測量幾十至幾百個相對于激光脈沖具有不同延遲時間的X-射線脈沖激發氣體原子產生的光電子時間分辨譜、幾千次至幾十萬次迭代計算才能重建這些超短脈沖的時間信息。這不僅實驗工作量大、時間長、計算復雜且冗長，而且對控制測量期間出現的脈沖時間抖動、激光載波-包絡相位CEP(carrier-envelope?phase)和激光脈沖強度等參數的穩定、漲落及漂移提出非常嚴格的要求。

發明內容

為了推動阿秒計量學的發展，需要一種同時精確地測量出阿秒X-射線脈沖的強度和頻率(即啁啾)時間分布的方法，為此采用一種直接、快速的基于光電子相關激光相位確定法和光電子能譜積分變換方程的解析性方法，利用激光輔助X-射線氣體電離技術，精確地同時測量阿秒X-射線脈沖的強度和啁啾時間分布。

本發明的一個目的在于提出一種阿秒X-射線脈沖強度和啁啾時間分布的測量方法。

本發明的阿秒X-射線脈沖強度和啁啾時間分布的測量方法在平行于激光線性極化方向θ＝0°測量得到的光電子能譜包括以下步驟：

1)阿秒X-射線脈沖與線性極化的激光脈沖在時間和空間上進行交叉關聯，并會聚；

2)阿秒X-射線脈沖和激光脈沖經會聚后，經過氫氣或惰性氣體，激發氫原子或惰性原子產生光電子；

3)阿秒X-射線和激光脈沖共同激發、在t時刻產生、θ＝0°方向上飛出的光電子的能量W(t)滿足下式：

W(t)=W0+2UpF2(t)sin2(ωLt+Φ)]]>