專利名稱：阿秒x-射線脈沖強度和啁啾時間分布的測量方法及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超快光學(xué)，具體涉及一種同時測量阿秒X-射線脈沖強度和啁啾時間分布的方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
不管是產(chǎn)生還是應(yīng)用阿秒(10_18秒)x-射線，都需要研究和測量光脈沖的時間特性，即強度和頻率(啁啾)隨時間分布的函數(shù)。由于缺乏可利用的測量阿秒X-射線的非線性光學(xué)效應(yīng)和相應(yīng)的介質(zhì)，目前還不能用儀器直接測量這些參數(shù)。但是，X-射線與如氣體原子物質(zhì)相互作用，會通過光電效應(yīng)產(chǎn)生光電子。如果這些光電子同時被激光電場作用， 它的末態(tài)動量將有一定的分布。這種分布與原子或分子的結(jié)構(gòu)和X-射線的時間特性及激光參數(shù)有關(guān)，理論上可以通過解薛定諤方程計算得到。實驗上，通過測量光電子的動量或能量分布，如與激光線性極化方向成0°或180°的光電子能譜，可以獲得阿秒X-射線脈沖本身的時間信息以及化學(xué)健或分子軌道的動態(tài)演化信息。光電子能譜包含了這些時間信息，但它與脈沖的時間特性或分子軌道特性之間的關(guān)系并不是直觀的。這是由于光電效應(yīng)是一個典型的量子過程，光電子能譜具有復(fù)雜性，包含了不同時刻產(chǎn)生的光電子波包之間的量子干涉結(jié)果。利用現(xiàn)有的阿秒光譜相位干涉直接電場重建法SPIDER (spectral phase interferometry for direct electric field reconstruction)技術(shù)，需要對阿禾少 X-身寸線單脈沖進(jìn)行分光，使之成為兩個等同的、并具有一定時間差的單脈沖序列。通過測量和分析這兩個單脈沖激發(fā)同一束氣體原子產(chǎn)生的光電子之間的干涉圖像獲取阿秒X-射線單脈沖的時間特性。這種測量方法技術(shù)上要求很高，需要對單脈沖進(jìn)行分光、聚焦和高分辨率電子能譜測量。使用由傳統(tǒng)低能量光子領(lǐng)域中的頻率分辨光柵FROG (frequency-resolved optical gating)原理發(fā)展起來的阿秒FROG技術(shù)，在實驗上需要在幾十分鐘時間內(nèi)，測量幾十至幾百個相對于激光脈沖具有不同延遲時間的χ-射線脈沖激發(fā)氣體原子產(chǎn)生的光電子時間分辨譜、幾千次至幾十萬次迭代計算才能重建這些超短脈沖的時間信息。這不僅實驗工作量大、時間長、計算復(fù)雜且冗長，而且對控制測量期間出現(xiàn)的脈沖時間抖動、激光載波-包絡(luò)相位CEP (carrier-envelope phase)和激光脈沖強度等參數(shù)的穩(wěn)定、漲落及漂移提出非常嚴(yán)格的要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了推動阿秒計量學(xué)的發(fā)展，需要一種同時精確地測量出阿秒X-射線脈沖的強度和頻率(即啁啾)時間分布的方法，為此采用一種直接、快速的基于光電子相關(guān)激光相位確定法和光電子能譜積分變換方程的解析性方法，利用激光輔助X-射線氣體電離技術(shù)，精確地同時測量阿秒X-射線脈沖的強度和啁啾時間分布。本發(fā)明的一個目的在于提出一種阿秒X-射線脈沖強度和啁啾時間分布的測量方法。本發(fā)明的阿秒X-射線脈沖強度和啁啾時間分布的測量方法在平行于激光線性極
5化方向θ =0°測量得到的光電子能譜包括以下步驟1)阿秒X-射線脈沖與線性極化的激光脈沖在時間和空間上進(jìn)行交叉關(guān)聯(lián)，并會聚；2)阿秒X-射線脈沖和激光脈沖經(jīng)會聚后，經(jīng)過氫氣或惰性氣體，激發(fā)氫原子或惰性原子產(chǎn)生光電子；3)阿秒X-射線和激光脈沖共同激發(fā)、在t時刻產(chǎn)生、θ =0°方向上飛出的光電子的能量w(t)滿足下式
權(quán)利要求
1. 一種阿秒X-射線脈沖強度和啁啾時間分布的測量方法，其特征在于，在平行于激光線性極化方向θ =0°測量得到的光電子能譜包括以下步驟1)阿秒χ-射線脈沖與線性極化的激光脈沖在時間和空間上進(jìn)行交叉關(guān)聯(lián)，并會聚；2)阿秒X-射線脈沖和激光脈沖經(jīng)會聚后，經(jīng)過氫氣或惰性氣體，激發(fā)氫原子或惰性原子產(chǎn)生光電子；3)阿秒X-射線和激光脈沖共同激發(fā)、在t時刻產(chǎn)生、θ=0°方向上飛出的光電子的能量W(t)滿足下式
2. —種阿秒X-射線脈沖強度和啁啾時間分布的測量方法，其特征在于，在反平行于激光線性極化方向θ =180°測量得到的光電子能譜包括以下步驟1)阿秒χ-射線脈沖與線性極化的激光脈沖在時間和空間上進(jìn)行交叉關(guān)聯(lián)，并會聚；2)阿秒X-射線脈沖和激光脈沖經(jīng)會聚后，經(jīng)過氫氣或惰性氣體，激發(fā)氫原子或惰性原子產(chǎn)生光電子；3)阿秒X-射線和激光脈沖共同激發(fā)、在t時刻產(chǎn)生、θ=180°方向上飛出的光電子的能量W(t)滿足下式
3.如權(quán)利要求1或2所述的測量方法，其特征在于，在步驟1)中阿秒X-射線脈沖和激光脈沖之間的相對延遲時間或光程差，由兩個同軸光學(xué)會聚反射鏡進(jìn)行精確地調(diào)節(jié)，阿秒 X-射線脈沖會聚反射鏡設(shè)置在壓電體PZT上。
4.如權(quán)利要求1或2所述的測量方法，其特征在于，在步驟4)中所述探測器為飛行時間TOF譜儀或其他光電子能譜儀。
5.權(quán)利要求1或2的阿秒X-射線脈沖和啁啾時間分布的測量方法用于研究、分析、評估、優(yōu)化阿秒χ-射線脈沖光源的技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo)的用途。
6.權(quán)利要求1或2的阿秒X-射線脈沖和啁啾時間分布的測量方法用于研究、分析超快速反應(yīng)動力學(xué)過程中隨時間變化的相關(guān)信息的用途。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種同時確定阿秒X-射線脈沖強度和啁啾時間分布的測量方法及應(yīng)用。本發(fā)明的方法利用參數(shù)化的計算公式從兩種不同激光強度下測量得到的光電子能譜確定每個測量得到的光電子的相關(guān)激光相位，利用光電子能譜變換方程解析性的解譜技術(shù)，重建脈沖的形狀和具體的時間結(jié)構(gòu)，包括脈沖的強度和啁啾時間分布。本發(fā)明的方法不需要大量的光電子能譜的時間分辨測量，也不需要冗長的迭代計算和實驗數(shù)據(jù)擬合過程，能從兩個測量得到的光電子能譜重建出阿秒X-射線脈沖的時域特性。本發(fā)明的測量結(jié)果作為參考數(shù)據(jù)用于研究、分析、評估、優(yōu)化阿秒X-射線脈沖光源的技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo)，以及研究、分析超快速反應(yīng)動力學(xué)過程中隨時間變化的相關(guān)信息。
文檔編號G01J11/00GK102507021SQ201110451978
公開日2012年6月20日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者葛愉成 申請人:北京大學(xué)