專利名稱：一種阿秒x-射線脈沖的測量方法及其應(yīng)用的制作方法
一種阿秒X-射線脈沖的測量方法及其應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于超快光學(xué)，具體涉及一種阿秒X-射線脈沖的測量方法及其應(yīng)用。
技術(shù)背景
為了研究化學(xué)反應(yīng)、原子分子發(fā)光等超快速過程中電子態(tài)的時間演化過程，需要能量越來越高、時間寬度越來越短、能量單色性越來越好的光脈沖如阿秒(10_18秒)x-射線脈沖作為激發(fā)和探測手段。但是，傳統(tǒng)的測量脈沖的示波器等儀器受響應(yīng)速度的限制，測量極限只能達到10,秒。如何快速、精確地測量超短的光脈沖具體細(xì)致的時間結(jié)構(gòu)，一直是科學(xué)界的一個挑戰(zhàn)。迄今為止，已經(jīng)發(fā)展出了幾種測量阿秒脈沖的時間寬度和重建脈沖形狀的方法，如阿秒光譜相位干涉直接電場重建法SPIDER和阿秒頻率分辨光學(xué)快門法FROG。 然而，這些方法都是從傳統(tǒng)的光學(xué)測量方法演變而來的，不僅需要當(dāng)代最先進的實驗裝置， 而且需要十分復(fù)雜的分析計算方法和實驗數(shù)據(jù)擬合過程。發(fā)明內(nèi)容
為了推動阿秒計量學(xué)的發(fā)展，需要一種精確地測量阿秒X-射線脈沖的方法，為此采用一種直接、快速的基于光電子能譜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)，精確地測量阿秒脈沖。
本發(fā)明的一個目的在于提出一種阿秒X-射線脈沖的測量方法。
本發(fā)明的阿秒X-射線脈沖的測量方法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X-射線脈沖與線性極化的激光脈沖在時間和空間上進行交叉關(guān)聯(lián)；
2)阿秒X-射線脈沖和激光脈沖經(jīng)反射鏡反射，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)平行于激光線性極化方向θ =0°出射的光電子被探測器探測，得到由阿秒 X-射線脈沖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)；
4)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
W{t) = W0+ IUpF2 (t) sin2 (coLt + Φ)
+^U ^,Fit^mioj+ Φ)(1)
其中，Wtl =光電子的初動能，而(^和Ip分別為窄帶X-射線脈沖的中心能量及氣體原子或分子的電離能，=//2 〗為光電子的質(zhì)動能；I為激光峰值功率密度，為激光角頻率，Φ為激光脈沖載波-包絡(luò)相位，F(xiàn)(t)為幅度為1的高斯形脈沖包絡(luò)函數(shù)，從式(1)可以推出，對于測量得到的能量為W的光電子的產(chǎn)生時刻t滿足下式
權(quán)利要求
1.一種阿秒X-射線脈沖的測量方法，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X-射線脈沖與線性極化的激光脈沖在時間和空間上進行交叉關(guān)聯(lián)；2)阿秒X-射線脈沖和激光脈沖經(jīng)反射鏡反射，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)平行于激光線性極化方向θ=0°出射的光電子被探測器探測，得到由阿秒X-射線脈沖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)；4)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行交叉關(guān)聯(lián)；2)阿秒X-射線脈沖和激光脈沖經(jīng)反射鏡反射，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)反平行于激光線性極化方向θ=180°出射的光電子被探測器探測，得到由阿秒 X-射線脈沖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)；4)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2)中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)會聚反射鏡進行精確地調(diào)節(jié)，χ-射線脈沖反射鏡設(shè)置在壓電體PZT上。
4.如權(quán)利要求1或2的測量方法，其特征在于，所述探測器為飛行時間TOF譜儀或其他測量光電子能量的譜儀。
5.權(quán)利要求1或2的阿秒X-射線脈沖的測量方法用于研究超快速反應(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)明公開了一種阿秒X-射線脈沖的測量方法及其應(yīng)用。本發(fā)明的方法利用參數(shù)化的計算公式確定每個測量得到的光電子的相關(guān)相位，利用解析性的光電子能譜解譜技術(shù)，一步重建脈沖的形狀和具體的時間結(jié)構(gòu)。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，也不需要的冗長的迭代計算和實驗數(shù)據(jù)擬合過程，能從每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。用參數(shù)化公式從脈沖的能量帶寬值計算脈沖測量結(jié)果的時間不確定性。由于變換方程建立了阿秒脈沖時間特性、重要的激光參數(shù)(峰值強度、電場包絡(luò)形狀、相位、載波-包絡(luò)相位等)、原子或分子的電離能、光電子能譜之間的直接聯(lián)系，可以用它從各個已知參數(shù)值計算出未知的參量。
文檔編號G01J11/00GK102538987SQ20111041654
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者葛愉成 申請人:北京大學(xué)