[发明专利]一种腔长可调的级联式相干X射线装置及X射线产生方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种腔长可调的级联式相干X射线装置及X射线产生方法，适用于相干X射线及极紫外射线的产生和应用等领域，具有转换效率高、波长可调谐范围宽等特点。

背景技术

激光(英语：Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，缩写：LASER，或者简称：laser)，港澳地区称“激光”、“雷射”，台湾地区称“雷射”，是指通过受激辐射而产生，放大的光，即受激辐射的光放大。特点是单色性极好，发散度极小，亮度(功率)可以达到很高。产生激光需要“激发来源”，“增益介质”，“共振结构”这三个要素。激光器的发明是20世纪科学技术的一项重大成就。它使人们终于有能力驾驭尺度极小、数量极大、运动极混乱的分子和原子的发光过程，从而获得产生、放大相干的红外线、可见光线和紫外线(以至X射线和γ射线)的能力。激光科学技术的兴起使人类对光的认识和利用达到了一个崭新的水平。由于波长低于200nm的激光很容易被空气及材料本身吸收，所以很难利用工作介质直接产生极紫外波段及X射线波段的激光。现有的技术中，常用长波段的驱动激光与工作气体(常用惰性气体)相互作用来产生短波段的相干X射线及极紫外射线，这种方式的转换效率很低。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的问题，本发明在此的第一个目的在于提供一种腔长可变的腔长可调的级联式相干X射线装置，利用该装置既能够能够直接产生X射线，且X射线的转换效率较高。

本发明在此的第二个目的在于提供一种X射线产生方法。

为了实现本发明的第一个目的，在此所提供的腔长可调的级联式相干X射线装置包括输入窗、X射线产生级、X射线放大级、过滤窗、真空泵、以及X射线存储腔，所述输入窗、所述X射线产生级和所述X射线放大级之间分别依次通过连通件A连通；所述X射线产生级和所述X射线放大级分别包括可伸缩波纹管A、可伸缩波纹管B、作用腔和储气罐，所述作用腔位于所述可伸缩波纹管A和所述可伸缩波纹管B之间，所述可伸缩波纹管A与所述作用腔之间，以及所述可伸缩波纹管B与所述作用腔之间分别通过活塞连通；所述储气罐通过管道A与所述作用腔连通；所述可伸缩波纹管A空置的一端口为输入端口，所述可伸缩波纹管B空置的一端口为输出端口；所述过滤窗位于所述X射线放大级中的输出端口和所述X射线存储腔之间；所述真空泵用于将X射线产生级、以及X射线放大级中的空气抽空使其内处于真空状态。

本申请提供的装置利用了波纹管的可压缩性实现了作用腔长的可调谐，能够优化激光和惰性气体之间相互作用的相位匹配关系，使得最终输出的X射线最佳；同时本装置采用了双作用腔的构造，实现了相干X射线输出效率的极大提高。

进一步的，还包括真空计A，所述真空计A分别通过连通件B与所述所述X射线存储腔、所述连通件A连通。通过真空计有利于监控装置内真空情况，实现了实时保证装置内真空环境，有利于X射线的产生。

进一步的，还包括平移台，所述活塞与所述可伸缩波纹管A、所述可伸缩波纹管B相连接的一端安装于所述平移台上。将活塞的一端安装于平移台上，使用过程中滑动移动台即实现了作用腔长度的调节，操作更为简单，方便。

进一步的，所述管道A上设置有针阀。通过针阀实现了作用腔内气体量的控制，且能够很精确地控制通入作用腔内惰性气体的量。

进一步的，还包括主要由连通件C、连通件D、连通件E和放气阀构成的抽放气管路，所述连通件C、连通件D和连通件E之间依次通过管道B连通；所述连通件C、连通件D和连通件E分别与所述X射线发生级中的连通件A、所述X射线放大级中的连通件A以及所述X射线存储腔连通；所述放气阀用于将空气排入装置内，解除装置真空状态。

进一步的，所述抽放气管路还包括真空计B，所述真空计B通过连通件F与所述抽放气管路连通。

进一步的，所述连通件C与所述X射线发生级中的连通件A、所述连通件D与所述X射线放大级中的连通件A，以及所述连通件E与所述X射线存储腔之间分别安装有密封阀。

进一步的，所述管道B为可伸缩波纹管。

本发明在此提供的一种X射线产生方法，该方法在真空环境下进行，包括X射线产生步骤和X射线放大步骤，其中X射线产生步骤具体如下：

SA1：第一作用腔内充入惰性气体；

SA2:向第一作用腔内打入激光，激光激发作用腔内的惰性气体产生X射线；所述的X射线放大步骤具体如下：

SB1：将经步骤SA2所产生的X射线和激光同时通入第二作用腔，第二作用腔内预先通入惰性气体；