以减少一部分靶内多次反射的超热电子，使得所产生1(。射线源源的时间尺度比激光与普通平面靶相互作用方式所产生源的脉冲宽度有了显著缩短。源的脉冲宽度可以小于I皮秒；
低成本。本发明所涉及技术经过高功率激光装置验证完全可行。考虑到产生Ka射线的的功率密度要求不高，1018-1019ff/cm2即可满足要求。目前成熟的商业重频太瓦级激光器完全能满足需求，在采用可移动的靶组件后，可以实现1Hz重频射线源。与现有技术相比，将极大地减小设备采购与维护成本。
【附图说明】
[0013]图1是激光微焦点Ka射线源装置示意图；
图2是金属纳米结构靶结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
[0015]实施例1
激光脉冲到达靶面时，将在靶的趋肤深度内被大量吸收，通过共振加热、有质动力等机制加速电子，形成超热电子束团。该束团向靶内进一步传输，产生X射线。本发明中，高对比度的短脉冲强激光(相应的激光功率密度为1018-1019w/cm2，对比度18-1O9)与纳米丝阵列靶相互作用产生大量的超热电子。由于激光的高对比度，纳米丝阵列结构在激光主脉冲到达之前可以保持较长时间而不被激光破坏。此时纳米丝阵列所具有的亚波长结构将增强纳米丝顶部的局域电磁场，增加激光的吸收。同时，纳米丝还具有增强的比表面积，从而进一步增强吸收。另一方面，纳米丝内部建立起一个强大的磁场，激光与吸收层相互作用所产生的大量超热电子将在电场和磁场的作用下将被束缚在纳米丝附近的真空中并沿着纳米丝的方向运动，形成准直性良好的超热电子束。该电子束到达金属荧光层时，将激发出4 31发射的微焦点射线源。
[0016]激光为高对比度短脉冲激光，激光的信噪比大于108，聚焦激光功率密度为118W/cm2— 119W/ cm2。
[0017]如图1所示，钕玻璃激光器输出的皮秒光束经过离轴抛物面镜103入射到靶室内101并聚焦靶运动系统104控制的靶面上，输出能量为100焦耳，相应的功率密度为1018-1019W/cm2。为了避免预脉冲纳米结构被破坏，我们采用高对比度激光(对比度18)照射铜纳米丝阵列靶。在真空靶室的正中心放置靶架。由靶控制系统控制靶架的运动，使得激光与靶面的法线方向成夹角入射，极化方向为S极化。在这光路调整过程中，采用小能量激光。使用望远显微系统105来对靶面的光学焦斑进行监测，选择最佳的聚焦位置。调整后，光学焦斑为12微米。通过控制步进电机让靶架沿着某一方向运动，让激光弹着点位于新鲜的靶面以产生Ka源。
[0018]如图2所示，纳米丝阵列靶通过在2— 5微米厚铜衬底上使用电镀工艺生长，纳米丝阵列的长度可以控制在10微米到30微米之间，直径为200纳米，丝间间距控制在200纳米左右。其它金属材料，包括金、银等材料，也采用相同工艺制备。靶为圆形金属薄膜荧光层以及同质金属纳米线阵列201以及非金属独立支撑结构202，靶材料为铁、铜、镍、银中任意一种；荧光层的厚度L为3-5微米，直径为3毫米，纳米丝的直径为200纳米，纳米丝之间的间距d和纳米丝的长度H为:200纳米< d ( 800纳米；10微米< H ( 100微米。在本实施例中，采用了 20微米铜纳米丝阵列复合靶，此外，为了进行比较，我们采用了 5微米厚的铜金属薄膜靶。
[0019]电控样品台放置在偏离激光传输方向45 °以避免轫致辐射产生硬X射线的影响。同时，在革El后10毫米处必须放置一个3000 G的环形稀土永磁铁106。偏转的电子束由真空靶室的上4毫米厚的聚四氟乙烯辐射屏蔽层102吸收，避免电子束在真空靶室内散射形成强电磁福射。
[0020]整个源的空间分布使用编码照相方式记录，即在电控样品台107上放置编码孔。编码孔由激光钻孔机在金属钽片上制成。钽片的厚度为50微米，纯度为99.99%ο孔的直径微米，记录介质采用单光子计数CCD108，单光子CCD也可以工作在非单光子计数模式下，在本实例中，CCD工作在非单光子计数模式下。从源区发射的光子，经过编码孔形成编码像，编码像由亮区、半影区和本底组成。由编码像经过图像反演得到源的亮度分布，在本实例中，得到的1(。射线源的大小为33-40微米，仅为激光焦斑的2-3倍。将编码孔替换为分辨率板进行源分辨率测试，该测试表明源点投影照相时的空间分辨率至少可以达到50微米(调制度为0.6)。去除编码成像设备，在相同激光与靶参数下采用相同单光子计数CCD进行1(。光子绝对产额测量，纳米丝阵列靶的Ka光子产额是普通平面靶的3倍。
[0021]激光为高对比度短脉冲激光，激光的信噪比大于108，聚焦激光功率密度为118W/cm2— 119W/ cm2。
[0022]实施例2
将上述实例中的纳米阵列复合靶的纳米丝长度增加至20微米，同时改为使用掺钛蓝宝石激光器作为激励源和上述靶材相互作用。激光脉冲宽度为25fS，能量为IJ，光学焦斑为7微米。Ka光子产额仍然较高，激光一光子的转换率可达3 X 10 _4，是普通平面靶的3倍，同时Ka射线源尺寸小于20微米。
【主权项】
1.一种激光微焦点等离子体K α射线源，包括真空靶室系统、电磁辐射屏蔽层、激光束聚焦装置、靶运动系统、望远瞄准系统、电子束偏转装置、样品台、成像记录设备；其特征在于:所述真空靶室系统，由真空管道连接的机械泵、分子泵组成，其中机械泵作为前级，分子泵通过法兰口与靶室相连；所述电磁辐射屏蔽层为圆筒形聚四氟乙烯层，通过螺栓固定于真空靶室壁；所述激光束聚焦装置为一块F/3离轴抛物镜，放置于真空靶室内固定底座上，离轴抛物镜的中心高度与光束中心高度相同，焦平面通过在靶运动系统所包含的靶架上；所述靶运动系统，由六维步进电机和靶架组成，靶架位于靶室中心，望远瞄准系统中轴线上；所述望远瞄准系统，由一台长焦距望远镜以及可见光CXD组成，通过转接法兰连接到真空靶室上，望远瞄准系统的中轴线与电子束偏转装置的中轴线垂直；所述电子束偏转装置为一块环形稀土永磁铁，位于在靶架之后，样品台之前，电子束偏转装置的中心线与激光传输方向成一定夹角，磁铁的中心高度与光束中心高度重合；所述样品台为三维电控平移台；所述成像记录设备安装在样品台后方的靶室上，通过法兰与靶室连接；靶架、磁铁、样品台、成像记录设备共轴。
2.根据权利要求1所述的激光微焦点等离子体Kα射线源，其特征在于还包括:激光为高对比度短脉冲激光，激光的信噪比大于108，聚焦激光功率密度为1018W/cm2—1019W/cm2。
3.根据权利要求1所述的激光微焦点等离子体Kα射线源，其特征在于还包括:靶为圆形金属薄膜荧光层以及同质金属纳米线阵列以及非金属独立支撑结构，靶材料为铁、铜、镍、银中任意一种；荧光层的厚度L为3-5微米，直径为3毫米，纳米丝的直径为200纳米，纳米丝之间的间距d和纳米丝的长度H为:200纳米< 800纳米；10微米100微米。
【专利摘要】本发明提供了一种激光微焦点等离子体Kα射线源，本发明包括真空靶室系统，由真空管道连接的机械泵、分子泵；机械泵作为前级，分子泵通过法兰口与靶室相连；所述电磁辐射屏蔽层为圆筒形聚四氟乙烯层,通过螺栓固定于真空靶室壁；所述激光束聚焦装置为一块F/3离轴抛物镜，放置于真空靶室内固定底座上。靶运动系统，由六维步进电机和靶架组成，靶架位于靶室中心,望远瞄准系统中轴线上。望远瞄准系统，由一台长焦距望远镜以及可见光CCD组成，通过转接法兰连接到真空靶室上。电子束偏转装置为一块环形稀土永磁铁，位于在靶架之后,样品台之前。
【IPC分类】H01S4-00
【公开号】CN104617482
【申请号】CN201510066387
【发明人】谷渝秋, 赵宗清, 王剑, 曹莉华, 董克攻, 吴玉迟, 张天奎, 朱斌, 周维民, 曹磊峰
【申请人】中国工程物理研究院激光聚变研究中心
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年2月10日