[发明专利]阿秒X-射线脉冲强度和啁啾时间分布的测量方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于超快光学，具体涉及一种同时测量阿秒X-射线脉冲强度和啁啾时间分布的方法及其应用。

背景技术

不管是产生还是应用阿秒(10^-18秒)X-射线，都需要研究和测量光脉冲的时间特性，即强度和频率(啁啾)随时间分布的函数。由于缺乏可利用的测量阿秒X-射线的非线性光学效应和相应的介质，目前还不能用仪器直接测量这些参数。但是，X-射线与如气体原子物质相互作用，会通过光电效应产生光电子。如果这些光电子同时被激光电场作用，它的末态动量将有一定的分布。这种分布与原子或分子的结构和X-射线的时间特性及激光参数有关，理论上可以通过解薛定谔方程计算得到。实验上，通过测量光电子的动量或能量分布，如与激光线性极化方向成0°或180°的光电子能谱，可以获得阿秒X-射线脉冲本身的时间信息以及化学健或分子轨道的动态演化信息。光电子能谱包含了这些时间信息，但它与脉冲的时间特性或分子轨道特性之间的关系并不是直观的。这是由于光电效应是一个典型的量子过程，光电子能谱具有复杂性，包含了不同时刻产生的光电子波包之间的量子干涉结果。利用现有的阿秒光谱相位干涉直接电场重建法SPIDER(spectral phase interferometry for direct electric field reconstruction)技术，需要对阿秒X-射线单脉冲进行分光，使之成为两个等同的、并具有一定时间差的单脉冲序列。通过测量和分析这两个单脉冲激发同一束气体原子产生的光电子之间的干涉图像获取阿秒X-射线单脉冲的时间特性。这种测量方法技术上要求很高，需要对单脉冲进行分光、聚焦和高分辨率电子能谱测量。使用由传统低能量光子领域中的频率分辨光栅FROG(frequency-resolved optical gating)原理发展起来的阿秒FROG技术，在实验上需要在几十分钟时间内，测量几十至几百个相对于激光脉冲具有不同延迟时间的X-射线脉冲激发气体原子产生的光电子时间分辨谱、几千次至几十万次迭代计算才能重建这些超短脉冲的时间信息。这不仅实验工作量大、时间长、计算复杂且冗长，而且对控制测量期间出现的脉冲时间抖动、激光载波-包络相位CEP(carrier-envelope phase)和激光脉冲强度等参数的稳定、涨落及漂移提出非常严格的要求。

发明内容

为了推动阿秒计量学的发展，需要一种同时精确地测量出阿秒X-射线脉冲的强度和频率(即啁啾)时间分布的方法，为此采用一种直接、快速的基于光电子相关激光相位确定法和光电子能谱积分变换方程的解析性方法，利用激光辅助X-射线气体电离技术，精确地同时测量阿秒X-射线脉冲的强度和啁啾时间分布。

本发明的一个目的在于提出一种阿秒X-射线脉冲强度和啁啾时间分布的测量方法。

本发明的阿秒X-射线脉冲强度和啁啾时间分布的测量方法在平行于激光线性极化方向θ＝0°测量得到的光电子能谱包括以下步骤：

1)阿秒X-射线脉冲与线性极化的激光脉冲在时间和空间上进行交叉关联，并会聚；

2)阿秒X-射线脉冲和激光脉冲经会聚后，经过氢气或惰性气体，激发氢原子或惰性原子产生光电子；

3)阿秒X-射线和激光脉冲共同激发、在t时刻产生、θ＝0°方向上飞出的光电子的能量W(t)满足下式：

W(t)=W0+2UpF2(t)sin2(ωLt+Φ)]]>