本發(fā)明涉及超快激光光學(xué)領(lǐng)域，特別是指一種可以保持超快脈沖同步的切換裝置。

背景技術(shù)：

光路延時線是光學(xué)領(lǐng)域中實現(xiàn)脈沖同步常用的一種技術(shù)手段，當(dāng)光脈沖分成兩個或者多個子脈沖并經(jīng)過不同的光學(xué)路徑時，通過調(diào)節(jié)子脈沖光路里的延時線，使各個子脈沖到達(dá)合束點時的光程相等，產(chǎn)生時間同步的相干增強(qiáng)脈沖，從而應(yīng)用在不同的領(lǐng)域。

基于逆康普頓散射的緊湊型高亮度X射線源作為下一代先進(jìn)光源，可以獲得從ps到fs量級的準(zhǔn)單能的X射線。通過X射線的散射和衍射對物質(zhì)中原子和分子組成結(jié)構(gòu)的信息進(jìn)行探測，同時材料的相變過程和化學(xué)反應(yīng)中化學(xué)鍵斷裂和組合等超快物理過程也可借由此光源進(jìn)行觀察。為了獲得的可調(diào)時間長度的X射線，則需要對超快飛秒激光與高能電子束團(tuán)的碰撞時間與角度進(jìn)行嚴(yán)格的控制。這對激光器輸出的光路延時系統(tǒng)提出了非常高的要求，超快激光需要能以不同的角度與電子束團(tuán)碰撞(垂直或者近似于迎面相撞)，在這兩種情況下，激光還應(yīng)該保持從激光器出射到碰撞點之間的光程相等。這就需要延時光路來滿足以上條件。按照飛秒激光的脈沖寬度在飛秒量級來計算，則光程的調(diào)整精度需要達(dá)到10μm量級；而按照電子束團(tuán)和激光光束對撞截面在20μm范圍，則兩者的對準(zhǔn)誤差也需控制在μm量級。

目前，在超快激光光學(xué)領(lǐng)域常規(guī)的延時裝置是將經(jīng)準(zhǔn)直器后輸出的光經(jīng)過不同的固定直角反射鏡陣列進(jìn)行反射傳輸，通過調(diào)節(jié)增加額外的光程來獲得到達(dá)靶標(biāo)處的延時，這種方案只能對固定角度下入射到靶標(biāo)處的情況適用，不適合在不同的入射角度下獲得與高能電子束團(tuán)的同步碰撞。且只能用于對單一光束進(jìn)行延時控制，即只能控制單一光束到達(dá)靶標(biāo)的光程，無法控制切換光束到達(dá)靶標(biāo)的角度并且精密控制切換光束與高能電子束流的同步時間。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種能夠?qū)η袚Q光束進(jìn)行控制，且可以控制切換光束到達(dá)靶標(biāo)的角度以及與高能電子束團(tuán)的同步時間的超快脈沖同步切換裝置。

基于上述目的本發(fā)明提供的一種保持超快脈沖同步切換的裝置，包括：激光發(fā)射器、延時器、激光反射鏡、電子加速器、碰撞腔、電子偏轉(zhuǎn)器和電子束流回收裝置；

所述碰撞腔包括腔體，在所述腔體上方設(shè)置有第一激光入射孔和第二激光入射孔，在所述腔體內(nèi)部對應(yīng)所述第一激光入射孔的位置處設(shè)置有會聚透鏡，在所述腔體內(nèi)部對應(yīng)所述第二激光入射孔的位置處設(shè)置有反射組件，在所述腔體內(nèi)部的兩側(cè)分別設(shè)置有第一聚焦組件和第二聚焦組件，所述第一聚焦組件和第二聚焦組件同軸設(shè)置，在所述第一聚焦組件和第二聚焦組件上的軸線位置處設(shè)置有電子束流孔，所述腔體內(nèi)部設(shè)置有第一激光收集器和第二激光收集器；

所述激光發(fā)射器產(chǎn)生的激光束經(jīng)所述延時器后，由所述第一激光入射孔進(jìn)入所述碰撞腔，在所述碰撞腔內(nèi)經(jīng)所述會聚透鏡聚焦后，與所述電子加速器產(chǎn)生的電子束流在所述碰撞腔內(nèi)發(fā)生碰撞，之后進(jìn)入所述第一激光收集器；

所述激光發(fā)射器產(chǎn)生的激光束經(jīng)所述激光反射鏡后，由所述第二激光入射孔進(jìn)入所述碰撞腔，之后依次經(jīng)所述反射組件和所述第二聚焦組件反射與電子束流碰撞后，經(jīng)所述第一聚焦組件反射進(jìn)入所述第二激光收集器。

進(jìn)一步的，所述會聚透鏡下設(shè)置有一維平移臺，通過所述一維平移臺調(diào)節(jié)激光焦點位置。

進(jìn)一步的，所述第一聚焦組件和第二聚焦組件結(jié)構(gòu)相同且在碰撞點兩側(cè)對稱設(shè)置，所述第一聚焦組件和第二聚焦組件上設(shè)置有螺旋測微器，通過所述螺旋測微器調(diào)整所述弧面反射鏡角度。。

進(jìn)一步的，所述反射組件上設(shè)置有螺旋測微器，通過所述螺旋測微器調(diào)整所述反射組件角度。

進(jìn)一步的，所述碰撞腔的腔體的左右兩側(cè)分別設(shè)置有電子束流入射孔和電子束流出射孔。

進(jìn)一步的，所述碰撞腔的腔體上設(shè)置有真空泵接口。

進(jìn)一步的，所述碰撞腔的腔體上設(shè)置有電控接口，所述電控接口內(nèi)有電控線，用于控制所述會聚透鏡的一維平移臺、所述反射組件、所述第一聚焦組件和所述第二聚焦組件上的螺旋測微器。

從上面所述可以看出，本發(fā)明提供的超快脈沖同步切換裝置，包括激光發(fā)射器、延時器、激光反射鏡、電子加速器、碰撞腔、電子偏轉(zhuǎn)器和電子束流回收裝置；通過將延時器切換進(jìn)入激光發(fā)射器產(chǎn)生的激光束的傳播路徑，使激光束能有與電子加速器產(chǎn)生的電子束流垂直碰撞。在延時器切換移出激光器傳播路徑后，通過激光反射鏡、反射組件和聚焦組件的初期安裝和調(diào)整，使激光束能與電子加速器產(chǎn)生的電子束流以近似180^o的迎頭碰撞，且保證激光束的與電子束流的同步時間。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的保持超快脈沖同步的切換裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例的保持超快脈沖同步的切換裝置的碰撞腔的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本發(fā)明提供的

一種保持超快脈沖同步切換的裝置，包括：激光發(fā)射器、延時器、激光反射鏡、電子加速器、碰撞腔、電子偏轉(zhuǎn)器和電子束流回收裝置；

所述碰撞腔包括腔體，在所述腔體上方設(shè)置有第一激光入射孔和第二激光入射孔，在所述腔體內(nèi)部對應(yīng)所述第一激光入射孔的位置處設(shè)置有會聚透鏡，在所述腔體內(nèi)部對應(yīng)所述第二激光入射孔的位置處設(shè)置有反射組件，在所述腔體內(nèi)部的兩側(cè)分別設(shè)置有第一聚焦組件和第二聚焦組件，所述第一聚焦組件和第二聚焦組件同軸設(shè)置，在所述第一聚焦組件和第二聚焦組件上的軸線位置處設(shè)置有電子束流孔，所述腔體內(nèi)部設(shè)置有第一激光收集器和第二激光收集器；

所述激光發(fā)射器產(chǎn)生的激光束經(jīng)所述延時器后，由所述第一激光入射孔進(jìn)入所述碰撞腔，在所述碰撞腔內(nèi)經(jīng)所述會聚透鏡聚焦后，與所述電子加速器產(chǎn)生的電子束流在所述碰撞腔內(nèi)發(fā)生碰撞，之后進(jìn)入所述第一激光收集器；

所述激光發(fā)射器產(chǎn)生的激光束經(jīng)所述激光反射鏡后，由所述第二激光入射孔進(jìn)入所述碰撞腔，之后依次經(jīng)所述反射組件和所述第二聚焦組件反射與電子束流碰撞后，經(jīng)所述第一聚焦組件反射進(jìn)入所述第二激光收集器。

所述激光器產(chǎn)生的激光經(jīng)所述延時器切換延時，選擇不同光路進(jìn)入到所述碰撞腔中，與所述電子加速器產(chǎn)生的電子束流在所述碰撞腔內(nèi)碰撞，產(chǎn)生X射線，碰撞后剩余的激光束被所述碰撞腔內(nèi)的激光收集裝置收集，電子束流經(jīng)電子偏轉(zhuǎn)器偏轉(zhuǎn)后被所述電子束流回收裝置收集。

本發(fā)明提供的保持超快脈沖同步切換的裝置，通過延時器的切入來改變激光發(fā)射器產(chǎn)生的激光束的傳播方向并保持切換前后的光程相同，使激光束能與電子加速器產(chǎn)生的電子束流發(fā)生時間同步的垂直碰撞；當(dāng)延時器切換移出激光光路的初始狀態(tài)中，通過激光反射鏡、反射組件和聚焦組件的初期安裝和調(diào)整，使激光束能與電子加速器產(chǎn)生的電子束流發(fā)生時間同步的近似180^o的迎頭碰撞。

如圖1所示，為本發(fā)明實施例的保持超快脈沖同步切換裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。從圖中可以看出，本實施例的超快脈沖同步切換裝置包括激光發(fā)射器1、延時器2、激光反射鏡3、電子加速器4、碰撞腔5、電子偏轉(zhuǎn)器6和電子束流回收裝置7；其中，所述激光發(fā)射器1用于產(chǎn)生激光束，具體為單脈沖能量1焦耳、重頻100Hz、脈沖寬度小于100fs的超快激光束，所述延時器2用于切換激光束的光路，所述激光反射鏡3用于垂直反射激光束進(jìn)入碰撞腔，所述電子加速器4用于產(chǎn)生電子束流，具體為2ps長度、60MeV能量的電子束流，激光束和電子束流在所述碰撞腔5內(nèi)碰撞，產(chǎn)生X射線，完成碰撞后的電子束流在所述電子偏轉(zhuǎn)器6的偏轉(zhuǎn)作用下進(jìn)入到所述電子束流回收裝置7中。

如圖2所示，為本發(fā)明實施例的保持超快脈沖的同步切換裝置的碰撞腔的結(jié)構(gòu)示意圖。所述碰撞腔5包括腔體，在所述腔體上方設(shè)置有第一激光入射孔501和第二激光入射孔502，在所述腔體內(nèi)部對應(yīng)所述第二激光入射孔502的位置處設(shè)置有反射組件503，在所述腔體內(nèi)部的兩側(cè)分別設(shè)置有第一聚焦組件504和第二聚焦組件505，所述第一聚焦組件504和第二聚焦組件505同軸設(shè)置，在所述第一聚焦組件504和第二聚焦組件505上的軸線位置處設(shè)置有電子束流孔，所述腔體內(nèi)部還設(shè)置有第一激光收集器506和第二激光收集器507。在所述腔體內(nèi)部對應(yīng)所述第一激光入射孔501的位置處設(shè)置有會聚透鏡510，經(jīng)所述第一激光入501射孔入射的激光束經(jīng)會聚透鏡510聚焦后垂直與電子束流碰撞后進(jìn)入所述第一激506光收集器。經(jīng)所述第二激光入射孔502入射的激光束依次經(jīng)所述反射組件503和所述第一聚焦組件504反射后與電子束流碰撞，并經(jīng)所述第二聚焦組件505反射進(jìn)入所述第二激光收集器507中；

所述會聚透鏡510下設(shè)置有一維平移臺，通過調(diào)節(jié)所述一維平移臺，調(diào)整所述激光聚焦焦點位置。

所述第一聚焦組件504和第二聚焦組件505結(jié)構(gòu)相同且在豎直平面內(nèi)在碰撞點兩側(cè)對稱設(shè)置，其中所述第一聚焦組件504和第二聚焦組件505上設(shè)置有螺旋測微器，通過所述螺旋測微器調(diào)整所述弧面反射鏡角度。

所述反射組件503上設(shè)置有螺旋測微器，通過所述螺旋測微器調(diào)整所述反射組件角度。

所述碰撞腔的腔體的左右兩側(cè)分別設(shè)置有電子束流入射孔和電子束流出射孔。

為了將所述碰撞腔內(nèi)抽成真空狀態(tài)，所述碰撞腔的腔體上設(shè)置有真空泵接口509。

此外，所述碰撞腔的腔體上設(shè)置有電控接口508，所述電控接口內(nèi)有電控線，用于控制所述反射組件、所述第一聚焦組件和所述第二聚焦組件上的螺旋測微器。

當(dāng)所述超快脈沖同步切換裝置工作時，激光發(fā)射器產(chǎn)生的單脈沖能量1焦耳、重頻100Hz、脈沖寬度小于100fs的超快激光束經(jīng)過準(zhǔn)直后進(jìn)入延時器，所述延時器內(nèi)設(shè)置有三面反射鏡，當(dāng)延時器切換進(jìn)入激光傳播路徑時，激光束經(jīng)延時器內(nèi)的三面鏡片反射后經(jīng)第一激光入射孔進(jìn)入碰撞腔。其中，經(jīng)第一激光入射孔進(jìn)入碰撞腔的激光束經(jīng)會聚透鏡聚焦并與電子束流垂直碰撞，實現(xiàn)飛秒脈沖的X射線輸出，之后進(jìn)入第一激光收集器。當(dāng)延時器切換移出激光傳播路徑時，激光束經(jīng)激光反射鏡反射后經(jīng)第二激光入射孔進(jìn)入碰撞腔，先后經(jīng)過反射組件和第一聚焦組件的反射后，與電子束流發(fā)生近似于迎面相向碰撞，實現(xiàn)高平均束流皮秒脈沖X射線輸出，之后經(jīng)第二聚焦組件反射后進(jìn)入第二激光收集器。在延時器切換進(jìn)入第一激光入射孔的傳播路徑，使激光束與電子束發(fā)生垂直碰撞時，可以通過調(diào)整延時器內(nèi)的所述三面鏡片中上方兩面反射鏡的上下位置，控制經(jīng)第一激光入射孔入射到碰撞腔內(nèi)的激光束到達(dá)與電子束流碰撞點的光程，保證與經(jīng)第二激光入射孔入射到碰撞腔內(nèi)的激光束到達(dá)與電子束流碰撞點的光程相等。由于電子束團(tuán)的長度最大只有2ps，超快飛秒激光脈沖寬度小于100fs，為控制激光-電子束團(tuán)碰撞的誤差精度在1fs量級，反映在長度尺度上也就是10～15s×3*10⁸m/s≈1μm，則要求對延時器內(nèi)上方兩片反射鏡位移大小控制在1μm水平。因此，利用螺旋測微器精密調(diào)整延時器內(nèi)兩片反射鏡的位置，使上述兩光程精確相等，確保與電子束流的時序同步，保證激光束與高能電子束流的同步碰撞，大大降低光路調(diào)節(jié)的復(fù)雜度。

需要說明的是，本發(fā)明實施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是為了區(qū)分兩個相同名稱非相同的實體或者非相同的參量，可見“第一”“第二”僅為了表述的方便，不應(yīng)理解為對本發(fā)明實施例的限定，后續(xù)實施例對此不再一一說明。

所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：以上任何實施例的討論僅為示例性的，并非旨在暗示本公開的范圍(包括權(quán)利要求)被限于這些例子；在本發(fā)明的思路下，以上實施例或者不同實施例中的技術(shù)特征之間也可以進(jìn)行組合，步驟可以以任意順序?qū)崿F(xiàn)，并存在如上所述的本發(fā)明的不同方面的許多其它變化，為了簡明它們沒有在細(xì)節(jié)中提供。

另外，為簡化說明和討論，并且為了不會使本發(fā)明難以理解，在所提供的附圖中可以示出或可以不示出與集成電路(IC)芯片和其它部件的公知的電源/接地連接。此外，可以以框圖的形式示出裝置，以便避免使本發(fā)明難以理解，并且這也考慮了以下事實，即關(guān)于這些框圖裝置的實施方式的細(xì)節(jié)是高度取決于將要實施本發(fā)明的平臺的(即，這些細(xì)節(jié)應(yīng)當(dāng)完全處于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解范圍內(nèi))。在闡述了具體細(xì)節(jié)(例如，電路)以描述本發(fā)明的示例性實施例的情況下，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下或者這些具體細(xì)節(jié)有變化的情況下實施本發(fā)明。因此，這些描述應(yīng)被認(rèn)為是說明性的而不是限制性的。

盡管已經(jīng)結(jié)合了本發(fā)明的具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是根據(jù)前面的描述，這些實施例的很多替換、修改和變型對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說將是顯而易見的。

本發(fā)明的實施例旨在涵蓋落入所附權(quán)利要求的寬泛范圍之內(nèi)的所有這樣的替換、修改和變型。因此，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何省略、修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。