FemtoX-II -桌面超快X射线动态诊断装置

产品简介

    使用桌面飞秒激光器与特殊设计的靶室，我们将脉宽小于100飞秒（fs）的桌面超快X射线脉冲——FemtoX带进了中小型实验室。同时可根据客户应用需求，设计并提供整套解决方案与诊断装置。

    激光等离子体脉冲式超快X射线辐射源经过近二十年的发展，已经在众多国际实验室具有较为广泛的应用，并展现出了超微、超亮、高信噪比和高稳定性的特点。在物质超快过程研究、精细分辨成像等方面具有重要的应用价值，加上其装置的低成本优势，已经成为同步辐射光源在超快领域的有效补充。

    特别地，目前的第三代同步辐射，其时间分辨能力在百皮秒（ps）量级，无法用来研究发生在亚ps（sub-ps），甚至是飞秒时间尺度的快速变化过程，如化学键的断开和键合、晶格的振动等。而原子运动导致的化学反应和相变，其时间尺度在亚ps（sub-ps）量级，传统的超快光谱只能提供电子态跃迁的信息，无法得到瞬态变化的结构信息。而基于超快X射线的表征手段，如超快X射线衍射（UXRD）、超快X射线吸收谱（UXAS）等，则是更为有效的手段。由于飞秒激光器所输出的激光脉冲具有超短（数十fs量级脉宽）、超强（单脉冲能量高）的特点，激光脉冲在与靶相互作用时，所产生的X射线脉宽与激光脉冲的脉宽相当，加上X射线和驱动激光之间天然的时间同步性，使FemtoX能够用于泵浦探针实验，获得亚ps，甚至fs时间分辨的物质动态解析能力。

    此外，FemtoX的源尺寸很大程度上取决于激光光斑的尺寸。目前系统中的激光光斑在5微米（μm）左右（FWHM），能够获得焦斑尺寸在10μm量级的X射线源。而由于其区别于传统X射线管的X射线激发机制，在获得小尺寸焦斑的同时，还能达到较高的X光输出功率。这对在空间分辨率、空间相干性方面有较高要求的X射线透视成像、相称成像等领域具有重要应用前景。

产品特点

• 短于百飞秒脉宽的Kα脉冲

• 优于10¹¹ph/s的光子通量

• 10μm量级的光源焦斑

• 射线防护的腔室设计

• 完备的精细调节装置

• 灵活的光学组件耦合

  
  

性能参数

*可根据客户自有激光设备提供集成解决方案，但需经过技术参数确认；

**实际指标和激光器参数、靶材类型相关，使用铜靶可获得的通量为6 X 10¹¹ph/s（2π立体角）；

***实际指标和所选多层膜镜片型号参数相关；

图一 FemtoX靶室实物图（左）和光路示意图（右）；

典型应用方向：

A、超微 X 射线源静态成像：空间分辨优于2μm，可用于相衬成像、双色透视成像、低剂量成像等。

图二 利用FemtoX获得的（a）虾的成像图、（b）红色虚线上X射线的强度分布、（c）鱼的成像图；

图三 采用Ag靶获得的（a）鼠尾成像图，左上角的网格标尺为1cm；（b）采用团簇靶获得的蜘蛛相衬成像结果。

B、超快 X 射线动态衍射：时间分辨 0.05-1ps，结构变化解析能力0.01 ?。

图四 激光脉冲泵浦--超快X射线探针的诊断装置光路图示例（上）、

SrRuO₃/SrTiO₃ 超晶格声子振荡曲线（时间分辨~150fs）（下）。

C、超快 X 射线动态吸收谱学：时间分辨0.1-1ps，结构变化解析能力0.01?。

图五 色散型超快X射线吸收谱仪装置示意图（上）；

紫外光激发前（-20ps）、后（+25ps）Fe(III)(C₂O₄)₃^3-氧化还原光化学反应的中间体结构演化EXAFS谱（下）。

（摘自J. Phys. Chem. A 111, 9326–9335 (2007)）

D、超快 X 射线时间动态成像：时间分辨0.05-1ps，空间分辨优于3μm。

图六 利用激光驱动的高能Betatron辐射进行超快 X 射线时间动态成像