[發明專利]一種基于自由電子激光的太赫茲-X射線產生裝置

在審

• 申請號: 202210658169.0
• 申請日: 2022-06-10
• 公開（公告）號: CN114980463A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 康尹;張開慶;馮超;劉波
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海應用物理研究所
• 主分類號: H05G2/00
• 分類號: H05G2/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 楊怡清

本發明涉及一種基于自由電子激光的太赫茲?X射線產生裝置，其包括超快激光系統以及依次連接的注入器、激光電子束調制系統、直線加速段、X射線輻射段、太赫茲輻射段、X射線延遲系統，超快激光系統包括超快激光器、脈沖展寬與分束系統、第一分束片以及第一反射鏡，超快激光器設置為產生超快激光脈沖，第一分束片將超快激光脈沖分為第一路超快激光和第二路超快激光，第一路超快激光傳輸至注入器，第二路超快激光傳輸至脈沖展寬與分束系統，注入器在接收到第一路超快激光時生成電子束，脈沖展寬與分束系統根據第二路超快激光生成雙脈沖激光，并將雙脈沖激光傳輸至激光電子束調制系統。本發明產生的太赫茲?X射線，高脈沖能量、光譜帶寬窄可調諧性好。

技術領域

本發明涉及太赫茲光學儀器技術領域，更具體地涉及一種基于自由電子激光的太赫茲-X射線產生裝置。

背景技術

太赫茲波是頻率高于微波、低于可見光的電磁波，具有寬帶性、高分辨性、低能性、高穿透性、瞬態性等優越特性，在前沿科學研究領域和工業技術領域都具有重要的應用價值。近年來太赫茲-X射線泵浦探測技術在前沿科學研究領域起著愈加重要的作用，是進行納米材料、生物分子結構動力學、強相互作用量子系統等研究的關鍵技術。然而，該技術對太赫茲和X射線的輻射特性也提出了極高的要求。

近年來，基于直線加速器的太赫茲產生技術快速發展。基于自由電子激光束團壓縮的方案可以同時產生太赫茲輻射和X射線，使得太赫茲-X射線泵浦探測成為可能。具體來說，該方案將注入器產生的高能電子束經過直線段加速和壓縮，將電子束壓縮到一個輻射波長以內，進而在X射線輻射段和太赫茲輻射段通過超輻射產生X射線和太赫茲脈沖。但該方案具有以下缺點：1)沒有高增益自由電子激光放大的過程，輻射峰值功率受限，使得脈沖能量相對較低；2)由于束團壓縮到100飛秒以下的難度很大，對應產生10THz以上的太赫茲輻射難度很大，因此輻射光譜可調諧性差；3)輻射光譜較寬。

發明內容

為解決上述現有技術中的問題，本發明提供一種基于自由電子激光的太赫茲-X射線產生裝置，能夠在產生高脈沖能量、光譜帶寬窄的太赫茲輻射的同時產生X射線，并且可調諧性好。

本發明提供的一種基于自由電子激光的太赫茲-X射線產生裝置，包括一超快激光系統以及依次連接的注入器、激光電子束調制系統、直線加速段、X射線輻射段、太赫茲輻射段、X射線延遲系統，其中，所述超快激光系統包括超快激光器、脈沖展寬與分束系統、第一分束片以及第一反射鏡，所述超快激光器設置為產生超快激光脈沖，所述第一分束片將所述超快激光脈沖分為第一路超快激光和第二路超快激光，所述第一路超快激光傳輸至所述注入器，所述第二路超快激光傳輸至所述脈沖展寬與分束系統，所述注入器在接收到所述第一路超快激光時生成電子束，所述脈沖展寬與分束系統根據所述第二路超快激光生成雙脈沖激光，并將所述雙脈沖激光傳輸至所述激光電子束調制系統。

進一步地，所述注入器包括光陰極電子槍和位于光陰極電子槍下游的S波段或X波段的加速結構，所述光陰極電子槍設置為接收所述第一路超快激光以產生電子束，所述S波段或X波段的加速結構設置為對所述電子束進行加速。

進一步地，所述脈沖展寬與分束系統包括第二分束片，所述第二路超快激光被所述第二分束片分為第一路子激光和第二路子激光，沿所述第一路子激光所在光路依次排布有可調延時器、第二反射鏡和第一合束片，沿所述第二路子激光所在光路依次排布有第三反射鏡、第一合束片和脈沖展寬器。

進一步地，所述激光電子束調制系統包括一調制段波蕩器。

進一步地，所述調制段波蕩器為周期為50毫米、磁間隙在24毫米到80毫米連續可調的波蕩器。

進一步地，所述直線加速段包括依次連接的第一加速單元、磁壓縮器以及第二加速單元，所述第一加速單元設置為對來自所述激光電子束調制系統的電子束進行加速，加速后的電子束通過所述磁壓縮器將能量調制轉換為密度調制，密度調制的電子束通過第二加速單元生成可產生X射線的電子束。