[發(fā)明專利]自參考X射線自由電子激光脈沖到達時間診斷裝置

在審

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• 申請日: 2022-06-21
• 公開（公告）號: CN115128113A
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 佟亞軍;范家東;江懷東
• 申請（專利權(quán)）人: 上海科技大學
• 主分類號: G01N23/2273
• 分類號: G01N23/2273;G01N21/25
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;柏子雵

本發(fā)明涉及一種自參考X射線自由電子激光脈沖到達時間診斷裝置，其特征在于，包括超連續(xù)白光產(chǎn)生模塊；時空色散模塊；真空腔：X射線自由電子激光從與聚焦后的超連續(xù)白光脈沖的入射方向不同的方向射入真空腔內(nèi)；成像光譜儀：將超連續(xù)白光脈沖聚焦在樣品上的線成像在成像光譜儀的入射狹縫上；X射線自由電子激光與超連續(xù)白光脈沖重疊部分的光譜為發(fā)生透射率突變的信號光譜，X射線自由電子激光與超連續(xù)白光脈沖未重疊部分的光譜為參考光譜，將發(fā)生透射率突變的信號光譜與參考光譜相除獲得所需信息。本發(fā)明將超連續(xù)白光脈沖聚焦成線，同時在該線進行光譜測量，從而對同一個脈沖同時獲得了經(jīng)過相同光路的發(fā)生透射率突變的光譜和參考光譜，極大地提高了光譜信噪比。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于成像光譜儀的自參考X射線自由電子激光脈沖到達時間診斷裝置。

背景技術(shù)

X射線自由電子激光(XFEL)具有高亮度、高相干性、超短脈沖、高重頻的特點，是基礎(chǔ)科學研究的利器，所以歐美發(fā)達國家都在建設(shè)高重頻X射線自由電子激光。由于自由電子激光飛秒級超短脈沖長度的特性，與光學激光一起可以實現(xiàn)飛秒級時間分辨的泵浦實驗(Pump-probe)。但是目前由于X射線自由電子激光裝置非常巨大，在進行泵浦實驗時，X射線自由電子激光與光學激光之間在同步后，還存在較大的相對時間抖動，這種抖動從幾十到幾百飛秒，極大地影響了時間分辨實驗的時間分辨率，為此國際上發(fā)展了幾種用于測量脈沖到達時間的裝置。比如基于光譜編碼的脈沖到達時間的裝置，它是通過X射線自由電子激光與材料發(fā)生作用，使材料在飛秒時間內(nèi)折射率發(fā)生突變。同時另一束在時間上色散的脈沖激光與X射線自由電子激光入射在同一位置，材料的折射率突變使得時間上色散的脈沖激光某一波長開始發(fā)生透射率變化。然后通過光譜儀測量脈沖激光光譜，并與參考光譜進行對比得到發(fā)生透射率變化的光譜位置。不同脈沖之間的發(fā)生透射率變化的光譜位置不同，再通過光譜-時間解碼即可獲得脈沖到達時間的相對抖動。但是由于在時間上光譜色散的脈沖激光產(chǎn)生過程為非線性過程，導(dǎo)致該光譜不穩(wěn)定。如果用不同脈沖測得的參考光譜計算光譜透過率變化，就會產(chǎn)生很大的噪聲。為此國際上有比如采用偏振調(diào)制的方法使一部分光不經(jīng)過與X射線自由電子激光作用的位置作為參考光，但是偏振還是會影響信噪比。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：解決X射線自由電子激光脈沖到達時間診斷受參考光影響的信噪比問題。

為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種自參考X射線自由電子激光脈沖到達時間診斷裝置，其特征在于，包括：

超連續(xù)白光產(chǎn)生模塊：與X射線自由電子激光同步的光學脈沖激光聚焦到超連續(xù)白光產(chǎn)生模塊后，形成超連續(xù)白光脈沖；

時空色散模塊：超連續(xù)白光脈沖經(jīng)準直后入射到時空色散模塊，時空色散模塊將超連續(xù)白光脈沖在時間維度上色散，經(jīng)過時空展寬后的超連續(xù)白光脈沖聚焦成一條線射入真空腔內(nèi)，并且其焦點位于真空腔內(nèi)的樣品上；樣品能夠與X射線自由電子激光作用產(chǎn)生折射率突變；

真空腔：X射線自由電子激光從與聚焦后的超連續(xù)白光脈沖的入射方向不同的方向射入真空腔內(nèi)，且在空間維度上，X射線自由電子激光入射在超連續(xù)白光脈沖照射在樣品上所形成的線照射區(qū)域上，在時間維度上，X射線自由電子激光在超連續(xù)白光脈沖的時間展寬窗口范圍內(nèi)；

成像光譜儀：將超連續(xù)白光脈沖聚焦在樣品上的線成像在成像光譜儀的入射狹縫上，超連續(xù)白光脈沖聚焦在樣品上的線與成像光譜儀的入射狹縫在狹縫長度方向上重合，X射線自由電子激光與超連續(xù)白光脈沖的重疊部分以及未重疊部分均成像在入射狹縫上，其中：超連續(xù)白光脈沖與X射線自由電子激光重疊部分的光譜為發(fā)生透射率突變的信號光譜，X射線自由電子激光與超連續(xù)白光脈沖未重疊部分的光譜為參考光譜；成像光譜儀能夠同時測量入射狹縫長度方向上不同位置的光譜，將發(fā)生透射率突變的信號光譜與參考光譜相除獲得所需信息。

優(yōu)選地，利用時間延遲線調(diào)整所述光學脈沖激光的光程，使其與所述X射線自由電子激光在時間上對準，隨后所述光學脈沖激光通過聚焦鏡聚焦到所述超連續(xù)白光產(chǎn)生模塊。