[发明专利]基于堆积啁啾脉冲序列的辐射源产生系统

说明书

技术领域

 本发明属于利用堆积啁啾脉冲序列与脉冲电子束或者靶材料相互作用产生高通量辐射源的领域，具体涉及一种基于堆积啁啾脉冲序列的辐射源产生系统。

背景技术

在高能量密度物理诊断、材料科学研究和生物科学研究中都需要用短脉冲高强度的辐射源作为诊断源，包括X射线源与粒子辐射源。在一些瞬态动力学机制研究中，需要研究物理、化学或者生物过程在短时间内的高时间分辨动态演化特征。目前，基于高峰值功率激光脉冲与脉冲电子束或者靶材料相互作用所产生的高强度的短脉冲辐射源的方法已经广泛应用于科学研究当中。为了提高激光脉冲的峰值功率，激光系统通常采用啁啾脉冲放大的方法，最终通过压缩器获得脉宽为皮秒甚至飞秒级的高峰值功率的激光脉冲。然而，现有方法产生的光源相邻脉冲间隔太大，只能实现单时间点状态诊断而无法研究纳秒时间尺度内的瞬态动力学过程。考虑到啁啾脉冲堆积可以在纳秒尺度内产生一串时间间隔可调的、波形包络可调的脉冲序列，经啁啾脉冲放大并压缩后能够产生一串高峰值功率的整形超短脉冲序列，再经与脉冲电子束或者靶材料相互作用可以产生序列脉冲辐射源，因而可以作为瞬态动力学机制研究的有力手段。与此同时，激光脉冲序列总长度的增加有利于从激光放大器中提取更高的能量，从而获得更高的辐射源强度。

发明内容

为克服传统的基于单一激光脉冲的辐射源产生系统只能用于单时间点状态诊断的缺点，本发明提供一种基于堆积啁啾脉冲序列的辐射源产生系统。本发明在传统的啁啾脉冲放大激光系统中增加了啁啾脉冲堆积子系统，能够获得纳秒尺度内的高峰值功率超短脉冲序列，用以产生序列短脉冲辐射源，从而拓展瞬态动力学机制的研究能力。

本发明的基于堆积啁啾脉冲序列的辐射源产生系统含有锁模激光器、脉冲降频器、脉冲堆积器、脉冲展宽器、预放大器、主放大器、脉冲压缩器、超短激光脉冲序列、脉冲电子束和X射线源脉冲序列。锁模激光器用于产生具有一定带宽的高重频激光脉冲种子源；脉冲降频器用于降低种子源的重复频率；脉冲堆积器用于分束延时再堆积成激光脉冲序列；脉冲展宽器用于展宽脉冲宽度以便于后续激光放大的能量提取；预放大器用于提供高激光增益；主放大器用于获得高脉冲能量输出；脉冲压缩器用于压缩放大后的脉冲序列，获得高峰值功率的超短激光脉冲序列；脉冲电子束用于与超短激光脉冲序列相互作用产生X射线源脉冲序列。

本发明的基于堆积啁啾脉冲序列的辐射源产生系统的工作原理是：锁模激光器产生的具有一定带宽的高重频啁啾脉冲种子源首先经脉冲降频器将重复频率降至物理实验所需的水平。降频后的脉冲经脉冲堆积器获得激光脉冲序列，然后进入脉冲展宽器进行脉冲展宽。展宽后的激光脉冲序列经预放大器放大获得高能量增益，经主放大器放大获得高能量输出。放大后的激光脉冲序列进入脉冲压缩器中将各子脉冲的脉宽进行压缩以获得高峰值功率的超短激光脉冲序列。高峰值功率的超短激光脉冲序列与时间同步的脉冲电子束相互作用，产生高强度的X射线源脉冲序列。

本发明的基于堆积啁啾脉冲序列的辐射源产生系统中的各器件可以采用块状固体激光系统或者光纤激光系统中的相关器件。脉冲展宽与脉冲堆积的顺序可以互换。对电子、质子或中子等粒子辐射源，将末端的脉冲电子束替换为对应的靶材料。

本发明的基于堆积啁啾脉冲序列的辐射源产生系统在产生高峰值功率的超短激光脉冲序列的同时，增加了总的激光脉冲宽度，从而增大了总的脉冲提取能量，进而在堆积脉冲序列长度内获得了更高的辐射源强度，使用效果好。

附图说明

图1为本发明的基于堆积啁啾脉冲序列的辐射源产生系统的实施例1的结构框图；

图2为本发明的基于堆积啁啾脉冲序列的辐射源产生系统的实施例2的结构框图；

图中，1.锁模激光器    2.脉冲降频器    3.脉冲堆积器    4.脉冲展宽器    5.预放大器    6.主放大器    7.脉冲压缩器    8.超短激光脉冲序列   9.脉冲电子束    10.X射线源脉冲序列    11.靶材料    12.粒子辐射源脉冲序列。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1