专利名称：产生x射线或远紫外线激光的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种产生X射线或远紫外线激光的方法及其装置。该激光装置的特点在于大输出功率，高效率和价格低廉。
任何激光的产生都需要有粒子数反转存在于原子或分子中，再由受激发射而产生激光。为了得到粒子数反转，需要对发光介质泵浦能量。通常在普通的可见光波长范围内的激光中，电子的跃迁能量在电子伏特(ev)量级，跃迁电子的寿命在纳秒量级。可是，在X射线激光中，电子的跃迁能量在几百电子伏特到几千电子伏特量级，跃迁电子的寿命在皮秒量级。因此，为产生X射线激光，需要在非常短的时间内把大量的泵浦能量输入到产生X射线激光的介质中去。
自从六十年代初可见光激光器出现以来，人们对研制、开发X射线以及远紫外线激光做了大量的探索性工作。直到前几年，软X射线激光才被成功地研制出来。第一台实验室X射线激光器由Rosen等人在1985年的Physical Review Letters第54期106页中公开报导，并由Matthews等人做了实验证明并发表在1985年Physical Review Letters第54期110页。同样的X射线激光器也由Cambell等人在美国专利4，827，479中公开。另一个与此有关的X射线激光器由Hegelstein在美国专利4，589，113中公开。但是在这些公开的X射线激光器都采用能产生脉冲能量在几百焦尔到几千焦尔的可见光短脉冲激光器作为驱动源，因而此类X射线激光器体积庞大，操作复杂，价格昂贵。此类X射线激光器的另一大缺点是能量转换效率低。这是由于能量转换过程是经过从电能到长波长的可见光脉冲激光，再由长波长的可见光脉冲激光照射到X射线激光发生介质薄膜，使其照射部成为等离子柱，进而产生X射线激光的缘故。
另一类X射线激光器是直接把电能注入等离子柱，进而激发X射线激光。这类激光器被称为放电式X射线激光器。这类X射线激光器的能量转换效率要远远大于可见光脉冲激光驱动的X射线激光器的能量转换效率。这类放电式X射线激光器使用电容器作为驱动能量源。释放同样能量的电容器的体积要比作为驱动源的可见光脉冲激光器的体积小得多。公开知道的放电式X射线激光器可分为两类(1)Z·等离子柱放电式;(2)毛细管放电式。Apruzese等人在1988年的SPIE Proceeding第875期第2页中报告了他们在Z·等离子柱放电中测到了功率25吉瓦(GW)波长11埃的X光谱。可是这种Z·等离子柱放电式X射线激光器从物理结构上来说难以与谐振腔组合形成大功率、高相干性的X射线激光。毛细管放电式X射线激光器使用毛细管来限制放电产生的等离子柱。到目前为止所报告的毛细管放电式的脉冲宽度在100纳秒量级。因为等离子与毛细管内壁的相互作用时间在这样的数量级，等离子的温度被限制在几十个电子伏特。因此，毛细管放电很难被用于产生波长100埃以下的X射线激光。
本发明的目的是要提供一个产生X射线或远紫外线激光的方法及装置。
本发明的又一个目的是要提供一个电子碰撞激励式X射线或远紫外线激光器。
本发明的又一个目的是要提供一个电子离子复合式X射线或远紫外线激光器。
本发明的又一个目的是要提供一个光子激励式X射线或远紫外线激光器。
本发明的又一个目的是要提供一个电荷碰撞交换式X射线或远紫外线激光器。
本发明的又一个目的是要提供一个光电离式X射线或远紫外线激光器。
本发明的又一个目的是要提供一个大功率多离子柱式X射线或远紫外线激光器。
本发明的以上目的是通过下述方法来实现的。它包括以下工序用液体材料形成一个刃状阳极;在该阳极的对面放置一个阴极;在阳极和阴极之间输入一个足够强的脉冲电流使该两极之间发生真空放电，放电产生的等离子体将被放电电流本身产生的强大磁场限制在靠近刃状阳极的细长空间内而形成高温、高密度的等离子柱。X射线或远紫外线激光就从该等离子柱内沿着轴线方向发射出来。
本发明的目的还通过下述装置来实现。该装置由以下几个部分组成一个刃状液体阳极结构，它包括保存液体材料的容器，以及输送液体材料和形成液体刃的部件;一个被放置在刃状液体阳极结构对面的阴极;连接于刃状液体阳极和阴极之间的脉冲式高压电源系统。在工作时，该脉冲式高压电源系统输出一个足够大的脉冲电流到刃状液体阳极结构和阴极上，使它们之间产生真空放电。真空放电产生的等离子体将被放电电流本身产生的强大磁场限制在靠近刃状液体阳极结构的细长空间内而形成高温、高密度的等离子柱。X射线或远紫外线激光就从该等离子柱内沿着轴线方向发射出来。
本发明装置的一个重要的优点是它能产生电子温度高，所要求价位的离子密度高的等离子柱。这个特点特别有利于电子碰撞激励而产生的粒子数反转。以下叙述本发明各种激光器的特点及产生方法。
(1)刃状液体阳极放电产生的电子碰撞激励式X射线或远紫外线激光。
电子碰撞激励是刃状液体阳极放电中粒子数反转的重要机理之一。在电子撞激励过程中，最初和量后的状态都是基态，并且只涉及到一种离子价态，所以从本质上讲电子碰撞激励是一个连续过程。它的又一优点是低能态，不透明度相对较低，所以激光介质的直径和长度可以分别选择在毫米及厘米量级以上。由于它在△N＝0跃迁下工作，这就要求高温电子把原子激发成高价离子，因而需要大量的泵浦能量。本发明所公开的刃状液体阳极放电具有放电电流大，放电电压高的特点，所以很容易满足以上要求。而且，在刃状液体阳极放电中，高的电子温度和高密度。所要求的离子价的离子可以同时存在。当然，这需要调节放电条件来达到。例如，调节放电电压，放电电流和放电时间，这样在等离子体中的离子达到过离子化以及特定所要求的离子价离子消失以前，等离子体的电子温度已达到足以激发原子的温度值。还有，等离子体内的电子密度应该控制在合适的范围，以避免发射的X射线激光在通过等离子体柱时由于折射效应而损失。
本发明公开的刃状液体阳极放电产生的电子碰撞激励式激光可以通过类似氖的离子和类似镍的离子来实现。例如，其电子结构与中性氖原子相似的Ge22+形成的等离子柱将发射出波长为23.2纳米的激光。
(2)刃状液体阳极放电产生的电子，离子复合式X射线或远紫外线激光。
电子、离子复合是在刃状液体阳极放电中产生粒子数反转的又一个重要的机理之一。电子、离子复合有时又称为“三体”复合。它是电子碰撞离子化的逆向过程。在脉冲真空放电终止时，由于绝热澎涨、辐射和电子热传导使得等离子体快速冷却，这种等离子体的快速冷却就导致了电子、离子复合而形成粒子数反转。在整个电子、离子复合过程中，最重要的是等离子体的快速冷却。
在本发明中，等离子柱内的大量电子热量被邻近的液体刃所传导吸收，再加上其它热损失过程，如辐射损失，大大加速了等离子柱的冷却，进而导致大量的电子、离子复合。电子热量传导率可以通过设法使等离子柱靠近液体刃来得到提高。液体刃与等离子柱之间的距离可以通过改变放电条件，刃状液体阳极的几何形状，以及刃状液体阳极与阴极之间的距离来调节。在刃状液体阳极放电中加入重元素可以增加辐射损失。加入重元素的方法可以是在液体材料中直接添加重元素，或从气态加入含有重元素的气体。这样Z+1价的离子会快速与一个电子复合而变成具有粒子数反转的Z价离子，进而导致受激发射而形成X射线或远紫外线激光。为了产生激光效应，等离子密度必须达到一定值使其存在大量的Z+1价离子。然而，等离子密度也不能过高，否则过高的等离子密度会破坏粒子数反转。
(3)刃状液体阳极放电产生的光子激励式或光电离式X射线或远紫外线激光。
在刃状液体阳极放电中，光子激励或光电离也能产生粒子数反转。等离子柱轴芯附近的热等离子体将会发射X射线。这些X射线将会激励靠近液体刃状阳极一侧的冷等离子体内的低价离子或使中性原子电离。这样在冷等离子体区域出现粒子数反转，进而产生X射线或远紫外线激光。
(4)刃状液体阳极放电产生的电荷碰撞交换式X射线或远紫外线激光。
在刃状液体阳极放电中，共呜电荷碰撞交换可以实现有选择的能级泵浦。在这种泵浦过程中，高价离子的高能级不是从自由电子，而是从中性原子或低价离子那里得到电子，而形成粒子数反转。因为原子或离子具有较大的碰撞半径，电荷碰撞交换式激光可以在相对低密度的等离子体中实现。在等离子柱的轴芯附近的热离子区域的Z价离子将逐步扩散到靠近液体刃一侧的冷等离子区域。在此扩散过程中，Z价离子会与中性原子或低价离子相碰撞而得到一个电子，变成Z-1价离子，这样就形成了Z-1价离子的粒子数反转。为了提高电荷交换率，也就是提高粒子数反转的离子的密度，中性原子或低价离子的电离能级必须与Z价离子的高辐射能级相匹配。
除了以上叙述的优点和特点外，本发明公开的X射线或远紫外线激光还具有以下优点(1)每次放电后，刃状液体阳极是自动补充或自我修复。这样，只要有液体材料不断供给阳极，液体刃的形状及位置就保持稳定不变;(2)从物理结构上讲易于同谐振腔组合，而产生相干性良好的激光;(3)把多个刃状液体阳极沿着一条直线串联，使其在行波状态下工作，可以得到大功率、相干性良好的X射线或远紫外线激光。
从以上叙述的本发明的优点及特点中看出，本激光器的用途广泛，例如可用于原子核物理、加速器、化学分析用电子频谱仪、核聚变用的高密度等离子体的诊断测试，核衰变过程的研究，辐射化学，观察生物样品的X射线显微镜及X射线全息术，以及材料和结构的非破坏性检测等。
在结合附图阅读下面的发明详述后，就可以对本发明有更充分的了解。下列附图中
图1为本发明所述的产生X射线或远紫外线激光的方法的示意图。
图2A、2B为本发明所述的产生X射线或远紫外线激光装置的一个实施例的局部打开的透视图。
图3A-图3C分别为本发明所述的刃状液体阳极结构的三个实施例的剖视图。
图4A、4B-图6A、6B为本发明所述的产生X射线或远紫外线激光装置的三个实施例的局部打开的透视图。
图7为本发明所述的产生X射线或远紫外线激光装置与一个反射镜，一个部分反射镜组成的示意图。
图8为本发明所述的由串联放置在一条直线上的多个刃状液体阳极构成的大功率X射线或远紫外线激光装置的一个实施例的示意图。
为了省略不必要的重复叙述，附图中相同的数字标号指的是相同部件。
图1为本发明所述的产生X射线或远紫外线激光的方法的示意图。脉冲式高压电源10连接在放置于真空内的液体刃2和阴极8之间。当脉冲式高压电源发出一个脉冲时，在液体刃2和阴极8之间就会产生真空放电。真空放电所产生的等离子体将会被放电电流本身产生的强磁场限制在靠近液体刃2的附近的空间内而形成等离子柱4。在等离子柱4内将出现粒子数反转，进而导致沿着等离子柱4的轴线方向的X射线或远紫外线受激放大发射。
图2A为本发明所述的产生X射线或远紫外线激光装置的一个实施例的局部打开的透视图。刃状液体阳极结构由刃状固体板20，液体材料16，加热丝18，电传导板12，以及贮存液体材料16的容器14组成。图2B为刃状固体板20末端的放大图。液体材料16根据所要求的激光波长来选择。例如如果要产生类似氖的Ge22+离子在3P-3S能级对，波长在23.2纳米的电子碰撞激励式激光，半导体材料锗(Ge)可选择作为液体材料。再举一例如果要产生硼离子发射的激光，B60-Ni13-Pt27低共熔点合金可选择作为液体材料16。再举一例如果要产生Si11+离子在4f-3d能级对，波长在12.9纳米的电子、离子复合式激光，Au69-Si31低共熔点合金可以选择作为液体材料16。在这里，重元素金可以加强等离子体的辐射损失效应从而加快等离子体的冷却。在选择液体材料时，应该尽量选择在熔点的饱和蒸气压低的材料，最好低于10-4乇(Torr)。如果液体材料的饱和蒸气压太高，可以通过加入其他原素而形成低共溶点合金的办法来降低其熔点和饱和蒸气压。刃状固体板20的熔点应该至少高于液体材料16的熔点，并且应该基本上不与液体材料16发生反应，适于选择作为刃状固体板20的材料列举如下钨、钽、钼、镍、钛、铂、碳化钛、碳化锆、氮化硼、硼化钛和BN-TiB2复合材料等。刃状固体板20的末端最好加工成尖端半径为0.1微米到1000微米的刃。
加热丝18被放置于容器14的附近，用以加热在常温下是固体的材料使其成为液体。加热电源30将供给加热丝18以足够的电流。加热丝18与电传导板12等电位。
阴极8由金属或合金做成。考虑到铜的高电传导性，最好选择铜作为阴极8的材料。阴极8被放置在刃状固体板20的对面，并且与刃状固体板20保持绝缘。
在上述激光装置工作时，以上所述各部件除了电源以外都被放置于真空腔内(图2A、2B中没有绘出真空腔)，真空腔内的真空压力最好低于10-5乇(Torr)。在产生电子、离子复合式激光时，为了加强等离子体的冷却效果，可以在真空腔内导入含有重元素的气体。因为重元素具有较强的辐射损失效果。
低阻抗的电传导板12与阴极8，被分别连接在电容26、电容28和火花间隙开关22上。首先电容26被充电，使其电压升到接近但小于真空放电的临界电压。通常这个真空放电的临界电压在10千伏～20千伏范围。在这个电压下，由于静电力和表面张力的作用，被液体材料16润湿的刃状固体板20在其末端将会有液体刃2形成。液体刃2的形成保证了所产生的等离子柱的位置的稳定性和密度的均匀性。然后对电容28进行充电，使其两端电压至少超过真空放电的临界电压。为了得到足够大的放电电流使其产生激光，电容28的电容量应该足够地大;并且电容28，传导板12和火花间隙开关22的阻抗都应该足够地小。同时要求电导板12，电容28，火花间隙开关和阴极8之间的连接要保证良好，也就是说要使接触阻抗尽量地小。电容28充电完毕以后，从触发器24将发出一个高压脉冲，触发火花间隙开关24，使其闭合导通。这时电容28就使得刃状液体阳极结构和阴极8之间的电压急剧上升，进而在它们之间产生真空放电。真空放电产生的等离子体将会被放电电流本身产生的强磁场限制在靠近液体刃2的空间内而形成等离子柱4。X射线或远紫外线激光就会从等离子柱4内沿着轴线方向发射出来。
图3A为本发明所述的液体刃状阳极结构的一个实施例的剖视图。液体材料16贮存在容器14内，在容器的下部有一个槽形开口34。槽形开口34的宽度大于刃状固体板20的厚度。这样液体材料16就顺着他们之间的间隙流向刃状固体板20的末端而形成液体刃。
容器14的材料应该由其熔点大于液体材料16的熔点的材料制成，最好是高熔点材料，如钨等。液体材料16的种类应该根据所产生的激光的种类及波长来决定，这些已在图2A作过叙述。加热丝18被放置于容器14的附近，用以加热在常温下是固体的材料使其成为液体。
图3B为本发明所述的刃状液体阳极结构的又一个实施例的剖视图。除了槽形颈口32被用来输送液体材料16使其在槽形颈口的下端形成液体刃2以外，图3B的其它部分与图3A的相应部分相似，这里就不重复叙述了。槽形颈口32可用高熔点材料制成，最好用钨。并且制成槽形颈口的材料应该与液体材料相润湿，但不与液体材料反应。通常，固体槽的内部宽度在0.1微米到1000微米范围内。
图3C为本发明所述的刃状液体阳极结构的又一个实施例的剖视图。容器37的底部有一个槽形开口37，在开口37内镶入一刃状固体38。刃状固体38由多孔性材料制成。多孔性材料可由高熔点金属或合金粉末烧结而成。液体材料16通过刃状固体38内部的小孔渗透到刃状固体38的下端而形成液体刃。制成容器36的材料的熔点应该高于液体材料16的熔点，并且与液体材料16不反应。
图4A、图4B为本发明所述的产生X射线或远紫外线激光装置的又一个实施例的局部打开的透视图。除了平板状阴极8被刃状阴极40取代之外，图4A、4B的其它部分与图2A、2B的相应部分相似，这里就不重复叙述了。采用刃状阴极40的优点是形成一个更有效的聚焦电场，使其放电电流更集中地流向液体刃2，这样可以增加等离子体的密度、轴向均匀性和位置的稳定性。
图5A、5B为本发明所述的产生X射线或远紫外线激光装置的又一个实施例的局部拆开的透视图。除了阴极8被阴极44和触发电极48取代以外，图5A、5B的其它部分与图2A、2B的相应部分相同，这里就不重复叙述了。触发电极48与阴极44之间用两块绝缘板46来绝缘。首先，对电容器28进行充电，使其电容器28两端的电压接近，但不高于真空放电的临界电压。在这个电压下，被液体材料16所润湿的刃状固体板的下端将会形成一个液体刃2。然后对电容器42进行充电，使其两端电压高于真空放电的临界电压。在对电容器42的充电完成以后，触发器24将发出一个高压触发脉冲，使火花间隙开关22闭合导通。这样在触发电极48和刃状液体阳极之间将产生小电流真空放电。这个小电流真空放电将在阴极48和刃状液体阳极之间触发大电流的真空放电。这个实施例的一大优点是最终的放电电流的大小不受图2A所述的火花间隙开关的容量的限制，从而适用于大电流放电的情况。
图6A、6B为本发明所述的产生X射线或远紫外线激光装置的又一个实施例的局部打开的透视图。除了真空放电是用聚焦激光束来触发以外，图6A、6B的其它部分与图2A、2B的相应部分相似，这里就不重复叙述了。首先，对电容器28进行充电，使其电容28两端的电压接近，但不高于真空放电的临界电压。然后，激光束52被光学系统54聚焦照射到液体刃2上。照射在液体刃2上的聚焦激光束52将会使液体刃2上的部分液体材料蒸发出来。这些蒸发出来的液体材料将会增加局部的真空压力，使其在刃状液体阳极和阴极50之间发生真空放电。产生的等离子体将会被真空放电电流本身产生的强磁场限制于等离子柱4内。X射线或远紫外线激光从该等离子柱内发射出来。
由两面以上的反射镜可以构成谐振腔用以提高激光的功率和相干性。图7为本发明所述的产生X射线或远紫外线激光装置与一个反射镜，一个部分反射镜组成的示意图。从等离子柱4发射的激光束6被反射镜56所反射回到等离子柱4。激光束6在通过等离子柱4得到放大后照射到部分反射镜58上。部分激光束被再次反射回等离子柱4内，部分激光束却透过部分反射镜58而输出。
图8为本发明所述的把多个刃状液体阳极串联地放在一条直线上而构成的大功率X射线或远紫外线激光装置的一个实施例的示意图。假设刃状液体阳极的个数为N个。这N个刃状液体阳极将在行波的模态下工作。每个刃状液体阳极由一个脉冲式高压电源系统10来驱动。从左到右，在任意两个相邻的刃状液体阳极的驱动脉冲之间有一个时间延滞。这个时间延滞等于两个相邻的刃状液体阳极之间的距离除以光速。这样从左至右，一个刃状液体阳极的等离子柱发射的激光将会激励下一个刃状液体阳极的等离子柱的激光发射。因此，X射线激光通过一个等离子柱就得到一次放大。这个大功率激光发生装置的优点是不需要反射镜。换句话说，在这个激光发生装置中没有谐振腔的反射镜的反射损失。所以本激光发生装置将显著地增加X射线或远紫外线激光的功率和效率。特别在硬X射线波长段，这会更显著。因为X射线反射镜的反射效率随着波长的减少而急剧减少。下面让我们来讨论一下多等离子柱X射线激光发生装置的输出功率。
假设每个等离子柱的增益相同为GL，G是单位长度上的增益，或称为增益系数;L是等离子柱的长度。那么X射线通过每一个等离子柱后的功率可写为I1＝S(eGL-1) (1)这里S是常数，I1是第一个等离子柱的X射线激光的输出功率。
第二个等离子柱后I1eGL＜I2＜I1(1+eGL)＝I12(2)第三个等离子柱后I1e2GL＜I3＜I12+I1(eGL)2＝I1(1+eGL+e2GL)＝I13(3)
第N个等离子柱后I1e(N-1)GL＜IN＜I1N-1+I1(eGL)N-1＝I1(1+eGL+e2GL+…+e(N-1)GL)(4)在上面的不等式组中，第i个不等式的左边假设从第(i-1)个等离子柱发射的激光只激励第i个等离子柱，并且在到达第(i+1)个等离子柱以前，已经发散，也就是说不激励第i个等离子柱以后的等离子柱。第i个不等式的右边假设从第(i-1)个等离子柱发射出来的激光不但激励第i个等离子柱，而且激励这以后的所有等离子柱，也就是说激光束没有发散。分别假设GL＝2，3，N＝3，5，7，通过上面的不等式组可以算出第N个等离子柱以后激光的功率与第一个等离子柱后激光功率的比的范围，其计算结果列于表1中。
表1计算的激光输出功率比值的范围NGL=2GL=33 5.4×10～6.3×10 4.03×102～4.25×1025 2.98×103～3.45×1031.63×105～1.71×1057 1.63×105～1.88×1056.57×107～6.91×107从以上表中看出，大功率的X射线或远紫外线激光可以从多等离子柱式激光装置中产生。
驱动各个等离子柱激光器的电源系统也表示在图8中。每一个等离子柱激光器由一个电源系统10来驱动。所有电源系统都被一个触发器24来按一定时间延滞来依次触发。触发器24每次只发出一个触发脉冲，由于触发器24接到各个电源系统10的传输线的长度不一样，所以同一触发脉冲到达各个电源系统的时间不一样而产生逐级滞后。任何两个相邻等离子柱激光器的电源系统到触发器24的传输线的长度差等于所对应的两个等离子激光器之间的距离。这样即可使得多等离子柱激光装置工作在行波模态。
与图6A、6B所述的触发方法相似，多等离子柱激光装置也可用多个触发聚焦激光束来逐级触发。每一个触发聚焦激光束触发一个等离子柱激光器，其任意两个相邻触发聚焦激光束的时间延滞等于所对应的相邻等离子柱之间的距离除以光速。
显然，本发明的X射线或远紫外线激光发生装置不受限于上述实施例。对于那些熟悉本技术的人士来说，不偏离本发明的范围和精神可作出许多的变更和改进。
权利要求
1.一种产生X射线或远紫外线激光的装置，它包括(1)刃状液体阳极结构，该结构包括一个贮存液体材料的容器，该容器有一个槽形开口；一个液体材料输送和液体刃形成部件，该部件与该容器组合使得液体材料通过该容器的槽形开口输出，并形成液体刃；(2)一个放置于该刃状液体阳极结构对面的阴极；(3)脉冲式高压电源系统，该系统提供足够大电流的高压脉冲给该刃状液体阳极结构和该阴极，使其在该刃状液体阳极和阴极之间发生真空放电而形成等离子体，真空放电电流本身产生的磁场把该等离子体限制在一个细长的柱内，从该等离子柱内发射出X射线或远紫外线激光。
2.根据权利要求1中所述的一种激光装置，其特征在于所述的液体材料输送和液体刃形成部件包括一个槽形颈口，该槽形颈口与所述的容器的槽形开口相连接，液体材料通过该槽形颈口流出，并且在该槽形颈口的末端形成液体刃。该槽形开口由其熔点高于液体材料的熔点并且与液体材料不发生反应的材料制成。
3.根据权利要求1中所述的一种激光装置，其特征在于所述的液体材料输送和液体刃形成部件包括由金属或合金烧结成的多孔性材料制成的刃状固体件，该刃状固体被镶入所述的容器的槽形开口内，液体材料通过该刃状固体件内部渗透到该刃状固体件的未端形成液体刃。
4.根据权利要求1中所述的一种激光装置，其特征在于所述的液体材料输送和液体刃形成部件包括刃状固体板，该刃状固体板一端浸入所述的容器内贮存的液体材料中，另一端通过所述的容器的槽形开口伸出。液体材料在该刃状固体板表面润湿并且流向该刃状固体板的伸出端而形成液体刃。该刃状固体板由其熔点高于液体材料溶点并且与液体材料不发生反应的材料制成。
5.根据权利要求1中所述的一种激光装置，其特征在于所述的液体材料包含有辐射激光的元素。
6.根据权利要求1中所述的一种激光装置，其特征在于所述的液体材料还包含有能加快所述的等离子柱冷却的重元素。
7.根据权利要求1中所述的一种激光装置，其特征在于该装置还可以导入含有重元素的气体，以提高所述的等离子柱的冷却率。
8.根据权利要求1中所述的一种激光装置，其特征在于所述的阴极是一块平板。
9.根据权利要求1中所述的一种激光装置，其特征在于所述的阴极被加工成了一个刃形。
10.根据权利要求1中所述的一种激光装置，其特征在于所述的阴极包括一个触发电极、一个主电极，该触发电极与该主电极之间用绝缘材料绝缘。
11.根据权利要求1中所述的一种激光装置，其特征在于所述的脉冲式高压电源系统包括电容器、火花间隙开关、触发器和传导板。
12.根据权利要求1中所述的一种激光装置，其特征在于所述的刃状液体阳极结构还包括一个加热器，用于加热在常温下为固体的材料，使其在工作温度下转变成液体。
13.根据权利要求1中所述的一种激光装置，其特征在于所述的装置还包括一个垂直放置于等离子柱轴线上一端的反射镜;和垂直放置于等离子柱轴线上另一端的部分反射镜。
14.根据权利要求1中所述的一种激光装置，其特征在于所述的装置还包括一个普通激光系统，该普通激光系统发射一个聚焦的激光束到所述的液体刃上，使得其液体刃上的液体材料蒸发，该蒸发的液体材料进而触发所述的刃状液体阳极结构与所述的阴极之间的真空放电。
15.一种产生X射线或远紫外线激光的方法，它包括以下工序用液体材料形成一个刃状液体阳极;在该刃状液体阳极的对面放置一个阴极;在该阳极和阴极之间输入一个电流足够强的高压脉冲使其发生真空放电而形成等离子体，真空放电电流本身产生的磁场把该等离子体限制在一个细长的柱内，在该等离子柱内出现粒子数反转，进而导致发射X射线或远紫外线激光。
16.根据权利要求15中所述的方法，其特征在于所述的等离子柱内导致粒子数反转的因素包括电子碰撞激励、电子离子复合、光子激励、光电离、以及电荷碰撞交换。
17.根据权利要求15中所述的方法，其特征在于所述的等离子柱内的粒子数反转是由电子、离子复合而产生的，该等离子柱通过电子的热量传导到所述的液体刃而冷却的。
18.根据权利要求15中所述的方法，其特征在于所述的等离子柱内的粒子数反转是由电子、离子复合而产生的，该等离子柱通过高价离子的辐射而冷却。
19.根据权利要求15中所述的方法，其特征在于所述的等离子柱内的粒子数反转是由电子、离子复合而产生的。激光从呈现粒子数反转的类似氢的离子中发射。
20.根据权利要求15中所述的方法，其特征在于所述的等离子柱内的粒子数反转是由电子、离子复合而产生的，激光从呈现粒子数反转的类似氦的离子中发射。
21.根据权利要求15中所述的方法，其特征在于所述的等离子柱内的粒子数反转是由电子离子复合而产生的，激光从呈现粒子数反转的类似锂的离子中发射。
22.根据权利要求15中所述的方法，其特征在于所述的等离子柱内的粒子数反转是由电子碰撞激励而产生的，激光从呈现粒子数反转的类似于镍的离子中发射。
23.根据权利要求15中所述的方法，其特征在于所述的等离子柱内的粒子数反转是由电子碰撞激励而产生的，激光从呈现粒子数反转的类似于氖的离子中发射。
24.根据权利要求15中所述的方法，其特征在于所述的等离子柱发射的X射线或远紫外线激光是由光子激励所致。
25.根据权利要求15中所述的方法，其特征在于所述的等离子柱发射的X射线或远紫外线激光是由光电离所致。
26.根据权利要求15中所述的方法，其特征在于所述的等离子柱发射的X射线或远紫外线激光是电荷碰撞交换所致。
27.根据权利要求15中所述的方法，其特征在于所述的等离子柱在其轴芯线附近有较热的等离子体存在，从这较热等离子体区域发射的X射线或远紫外线会对在外围的较冷等离子体内的高价离子、低价离子、或中性原子进行激励或电离，由此而在较冷的等离子区域产生激光。
28.根据权利要求15中所述的方法，其特征在于所述的等离子柱在其靠近刃状液体阳极一侧有较冷的等离子体存在，从等离子芯线附近的热等离子区域，有离子扩散到该较冷的等离子区域，由此而产生激光。
29.一种产生X射线或远紫外线激光的装置，它包括(1)串联放置于一条直线上的多个刃状液体阳极，每个刃状液体阳极包括液体材料，一个贮存该液体材料的容器，该容器有一个槽形开口;一个液体材料输送和液体刃形成部件该部件与该容器组合使得液体材料通过该容器的槽形开口输送到该部件的端部而形成液体刃。(2)一个放置于所述的多个刃状液体阳极面的阴极。(3)多个脉冲式高压电源系统，每个系统都具有低阻抗以产生电流足够大的脉冲到对应的刃状液体阳极和该阴极上，使其在刃状液体阳极和阴极之间发生真空放电而形成等离子体。真空放电电流产生的磁场，把该等离子体限制在一个细长的柱内，从该等离子柱内发射出X射线或远紫外线激光。在输送给任意的两个相邻的刃状液体阳极的脉冲之间有一个时间延滞，该时间延滞等于所对应的两个刃状液体阳极之间的距离除以光速。
30.根据权利要求29所述的装置，其特征在于所述的多个脉冲式高压电源系统是由一个触发器来触发，从该触发器到任意两个相邻的刃状液体阳极的脉冲式高压电源系统的传输线的长度差等于所对应的两个刃状液体阳极之间的距离。
31.根据权利要求29所述的装置，其特征在于所述的多个脉冲式高压电源系统是由多束激光来触发的，每束激光照射到一个液体刃上使其液体刃的液体材料蒸发，照射到任意两个相邻液体刃上的激光束的时间差等于这两个相邻液体刃之间的距离除以光速。
全文摘要
本发明涉及一种产生X射线或远紫外线激光的方法及装置。脉冲式高压电源10连接于液体刃2和阴极8之间。液体刃2被放置成平行于阴极8，当脉冲式高压电源10发出一个高压脉冲时，在液体刃2和阴极8之间将会产生真空放电。在真空放电产生的等离子柱内会出现粒子数反转进而产生X射线或远紫外线受激放大发射。此外，把多个刃状液体阳极串联放在一条直线上可构成在行波模态下工作的大功率X射线或远紫外线激光发生装置。
文档编号H01S3/0955GK1101173SQ9312116
公开日1995年4月5日 申请日期1993年12月30日 优先权日1993年12月30日
发明者王晖 申请人:王晖