kHz激光与固体靶相互作用产生的X射线源

黄开; 闫文超; 李明华; 陶孟泽; 陈燕萍; 陈洁; 远晓辉; 赵家瑞; 马勇; 李大章; 高杰; 陈黎明; 张杰

doi:10.7498/aps.62.205204

摘要

利用kHz激光与固体靶相互作用产生了平均流强为1.3×107 photons·sr-1·s-1的X射线源, 研究了激光的对比度和能量对激光与固体靶相互作用产生的X射线能谱及Kα 产额的影响, 使用刀边成像技术测量了X射线源的源尺寸, 并进行了初步的成像实验. 实验中观察到对于非相对论级别的激光脉冲, 降低激光的对比度有利于提高Kα 产额, 而使用高对比度高强度激光, 更有利于获得高通量高信噪比X射线源.

关键词:

kHz激光 /
固体靶 /
X射线

Abstract

X-ray radiation with an average flux of 1.3×107 photons·sr-1·s-1 is generated by the interaction between ultra-short laser and solid target working at 1 kHz repetition rate. A knife edge is introduced to measure the source size. The X-ray emission shows obvious dependences on the laser contrast and intensity. It is discovered that at lower intensity the Kα yield increases with lower laser contrast. However, by using high contrast and high intensity laser pulses, high flux and high signal-to-noise ratio Kα X-ray can be generated. The generated source is used in proof-of-principle radiograghic imaging of simple specimens.

Keywords:

kHz laser /
solid target /
X-ray source

作者及机构信息

1.
中国科学院物理研究所, 光物理重点实验室, 北京 100190;

2.
上海交通大学, 激光等离子体教育部重点实验室, 上海 200240;

3.
中国科学院高能物理研究所, 北京 100049

基金项目: 科技部国家重大科学仪器设备开发专项(批准号: 2012YQ12004705)和国家自然科学基金(批准号: 11175192) 资助的课题.

Authors and contacts

1.
Laboratory of Optical Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China;

2.
Department of Physics, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China;

3.
Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Funds: Project supported by the National Key Scientific Instrument and Equipment Development Project, China (Grant No. 2012YQ12004705) and the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 11175192).

参考文献

[1]	Mourou G A, Tajima T, Bulanov S V 2006 Rev. Mod. Phys. 78 309
[2]	Wilks S C, Kruer W L 1997 IEEE J. Quantum Electron. 33 1954
[3]	Leemans W P, Nagler B, Gonslaves A J, Toth C, Nakamura K, Geddes C G R, Esarey E, Schroeder C B, Hooker S M 2006 Nat. Phys. 2 696
[4]	Sheng Z M, Mima K, Zhang J, Sanuki H 2005 Phys. Rev. Lett. 94 095003
[5]	Chen L M, Wang W M, Kando M, Hudson L T, Liu F, Lin X X, Ma J L, Li Y T, Bulanov S V, Tajima T, Kato Y, Sheng Z M, Zhang J 2010 Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 619 128
[6]	Rousse A, Phuoc K T, Shah R, Pukhov A, Lefebvre E, Malka V, Kiselev S, Burgy F, Rousseau J P, Umstadter D, Hulin D 2004 Phys. Rev. Lett. 93 135005
[7]	Xiong G, Zhao Y, Shang W L, Hu Z M, Zhu T, Wei M X, Yang G H, Zhang J Y, Yang J M 2010 Chin. Phys. Lett. 27 095202
[8]	Chen L M, Kando M, Xu M H, Li Y T, Koga J, Chen M, Xu H, Yuan X H, Dong Q L, Sheng Z M, Bulanov S V, Kato Y, Zhang J, Tajima T 2008 Phys. Rev. Lett. 100 045004
[9]	Chen L M, Liu F, Wang W M, Kando M, Mao J Y, Zhang L, Ma J L, Li Y T, Bulanov S V, Tajima T, Kato Y, Sheng Z M, Wei Z Y, Zhang J 2010 Phys. Rev. Lett. 104 215004
[10]	Siders C W, Cavalleri A, Tinten K S, Toth C, Guo T, Kammler M, Hoegen M Horn von, Wilson K R, Linde D von der, Barty C P J 1999 Science 286 1340
[11]	Chen J, Zhang H, Tomov I V, Ding X L, Rentzepis P M 2007 Chem. Phys. Lett. 437 50
[12]	Toth R, Fourmaux S, Ozaki T, Servol M, Kieffer J C, Kincaid Jr R E, Krol A 2007 Phys. Plasmas 14 053506
[13]	Hombourger C 1998 J. Phys. B 31 3693
[14]	Salzmann D, Reich Ch, Uschmann I, Forster E, Gibbon P 2002 Phys. Rev. E 65 036402
[15]	Rousse A, Rischel C, Gauthier J C 2001 Rev. Mod. Phys. 73 17
[16]	Xu M H, Liang T J, Zhang J 2006 Acta Phys. Sin. 55 2357 (in Chinese) [徐妙华, 梁天娇, 张杰2006 55 2357]
[17]	Freidberg J P, Mitchell R W, Morse R L, Rudsinski L I 1972 Phys. Rev. Lett. 28 795
[18]	Gibbon P, Bell A R 1992 Phys. Rev. Lett. 68 1535
[19]	Chen L M, Zhang J, Dong Q L, Teng H, Liang T J, Zhao L Z, Wei Z Y 2001 Phys. Plasmas 8 2925
[20]	Sun Y Q, Chen L M, Zhang L, Mao J Y, Liu F, Li D Z, Liu C, Li W C, Wang Z H, Li Y J, Wei Z Y, Zhang J 2012 Acta Phys. Sin. 61 075206 (in Chinese) [孙彦乾, 陈黎明, 张璐, 毛婧一, 刘峰, 李大章, 刘成, 李伟昌, 王兆华, 李英骏, 魏志义, 张杰 2012 61 075206]

施引文献

[1]	Mourou G A, Tajima T, Bulanov S V 2006 Rev. Mod. Phys. 78 309
[2]	Wilks S C, Kruer W L 1997 IEEE J. Quantum Electron. 33 1954
[3]	Leemans W P, Nagler B, Gonslaves A J, Toth C, Nakamura K, Geddes C G R, Esarey E, Schroeder C B, Hooker S M 2006 Nat. Phys. 2 696
[4]	Sheng Z M, Mima K, Zhang J, Sanuki H 2005 Phys. Rev. Lett. 94 095003
[5]	Chen L M, Wang W M, Kando M, Hudson L T, Liu F, Lin X X, Ma J L, Li Y T, Bulanov S V, Tajima T, Kato Y, Sheng Z M, Zhang J 2010 Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 619 128
[6]	Rousse A, Phuoc K T, Shah R, Pukhov A, Lefebvre E, Malka V, Kiselev S, Burgy F, Rousseau J P, Umstadter D, Hulin D 2004 Phys. Rev. Lett. 93 135005
[7]	Xiong G, Zhao Y, Shang W L, Hu Z M, Zhu T, Wei M X, Yang G H, Zhang J Y, Yang J M 2010 Chin. Phys. Lett. 27 095202
[8]	Chen L M, Kando M, Xu M H, Li Y T, Koga J, Chen M, Xu H, Yuan X H, Dong Q L, Sheng Z M, Bulanov S V, Kato Y, Zhang J, Tajima T 2008 Phys. Rev. Lett. 100 045004
[9]	Chen L M, Liu F, Wang W M, Kando M, Mao J Y, Zhang L, Ma J L, Li Y T, Bulanov S V, Tajima T, Kato Y, Sheng Z M, Wei Z Y, Zhang J 2010 Phys. Rev. Lett. 104 215004
[10]	Siders C W, Cavalleri A, Tinten K S, Toth C, Guo T, Kammler M, Hoegen M Horn von, Wilson K R, Linde D von der, Barty C P J 1999 Science 286 1340
[11]	Chen J, Zhang H, Tomov I V, Ding X L, Rentzepis P M 2007 Chem. Phys. Lett. 437 50
[12]	Toth R, Fourmaux S, Ozaki T, Servol M, Kieffer J C, Kincaid Jr R E, Krol A 2007 Phys. Plasmas 14 053506
[13]	Hombourger C 1998 J. Phys. B 31 3693
[14]	Salzmann D, Reich Ch, Uschmann I, Forster E, Gibbon P 2002 Phys. Rev. E 65 036402
[15]	Rousse A, Rischel C, Gauthier J C 2001 Rev. Mod. Phys. 73 17
[16]	Xu M H, Liang T J, Zhang J 2006 Acta Phys. Sin. 55 2357 (in Chinese) [徐妙华, 梁天娇, 张杰2006 55 2357]
[17]	Freidberg J P, Mitchell R W, Morse R L, Rudsinski L I 1972 Phys. Rev. Lett. 28 795
[18]	Gibbon P, Bell A R 1992 Phys. Rev. Lett. 68 1535
[19]	Chen L M, Zhang J, Dong Q L, Teng H, Liang T J, Zhao L Z, Wei Z Y 2001 Phys. Plasmas 8 2925
[20]	Sun Y Q, Chen L M, Zhang L, Mao J Y, Liu F, Li D Z, Liu C, Li W C, Wang Z H, Li Y J, Wei Z Y, Zhang J 2012 Acta Phys. Sin. 61 075206 (in Chinese) [孙彦乾, 陈黎明, 张璐, 毛婧一, 刘峰, 李大章, 刘成, 李伟昌, 王兆华, 李英骏, 魏志义, 张杰 2012 61 075206]

[1]	梅策香, 张小安, 周贤明, 梁昌慧, 曾利霞, 张艳宁, 杜树斌, 郭义盼, 杨治虎. 类氦C离子诱发不同金属厚靶原子的K-X射线. , 2024, 73(4): 043201. doi: 10.7498/aps.73.20231477
[2]	周贤明, 尉静, 程锐, 梁昌慧, 陈燕红, 赵永涛, 张小安. 近玻尔速度不同离子碰撞产生Al的K X射线. , 2023, 72(1): 013402. doi: 10.7498/aps.72.20221628
[3]	周少彤, 任晓东, 黄显宾, 徐强. 一种用于Z箍缩实验的软X射线成像系统. , 2021, 70(4): 045203. doi: 10.7498/aps.70.20200957
[4]	叶翰晟, 谷渝秋, 黄文会, 吴玉迟, 谭放, 张晓辉, 王少义. 基于激光尾场加速的自反射式全光汤姆孙散射的参数优化. , 2021, 70(8): 085204. doi: 10.7498/aps.70.20210549
[5]	周贤明, 尉静, 程锐, 赵永涛, 曾利霞, 梅策香, 梁昌慧, 李耀宗, 张小安, 肖国青. 近Bohr速度I²⁰⁺离子在不同靶面上的L壳层X射线辐射. , 2021, 70(2): 023201. doi: 10.7498/aps.70.20201236
[6]	梁昌慧, 张小安, 周贤明, 赵永涛, 肖国青. Bragg峰能区Xe²⁰⁺与不同靶作用产生的X射线. , 2021, 70(18): 183201. doi: 10.7498/aps.70.20210215
[7]	强鹏飞, 盛立志, 李林森, 闫永清, 刘哲, 周晓红. X射线聚焦望远镜光学设计. , 2019, 68(16): 160702. doi: 10.7498/aps.68.20190709
[8]	梁昌慧, 张小安, 李耀宗, 赵永涛, 周贤明, 王兴, 梅策香, 肖国青. 不同离子激发Au靶的多电离效应. , 2018, 67(24): 243201. doi: 10.7498/aps.67.20181642
[9]	梅策香, 张小安, 周贤明, 赵永涛, 任洁茹, 王兴, 雷瑜, 孙渊博, 程锐, 徐戈, 曾利霞. 高能脉冲C6+离子束激发Ni靶的K壳层X射线. , 2017, 66(14): 143401. doi: 10.7498/aps.66.143401
[10]	张小安, 梅策香, 赵永涛, 程锐, 王兴, 周贤明, 雷瑜, 孙渊博, 徐戈, 任洁茹. CSR上C6+脉冲束激发Au靶的X射线辐射. , 2013, 62(17): 173401. doi: 10.7498/aps.62.173401
[11]	刘慎业, 黄翼翔, 胡昕, 张继彦, 杨国洪, 李军, 易荣清, 杜华冰, 丁永坤. 高强度二倍频激光辐照银薄膜靶的烧蚀和X光辐射实验研究. , 2013, 62(3): 035202. doi: 10.7498/aps.62.035202
[12]	王兴, 赵永涛, 程锐, 周贤明, 徐戈, 孙渊博, 雷瑜, 王瑜玉, 任洁茹, 虞洋, 李永峰, 张小安, 李耀宗, 梁昌慧, 肖国青. 重离子轰击Ta靶引起的多电离效应. , 2012, 61(19): 193201. doi: 10.7498/aps.61.193201
[13]	孙彦乾, 陈黎明, 张璐, 毛婧一, 刘峰, 李大章, 刘成, 李伟昌, 王兆华, 李英骏, 魏志义, 张杰. 超强激光与Ar团簇相互作用中X射线的研究. , 2012, 61(7): 075206. doi: 10.7498/aps.61.075206
[14]	张小安, 李耀宗, 赵永涛, 梁昌慧, 程锐, 周贤明, 王兴, 雷瑜, 孙渊博, 徐戈, 李锦玉, 肖国青. Arq+入射金表面激发靶原子M-X射线的动能和势能的阈值. , 2012, 61(11): 113401. doi: 10.7498/aps.61.113401
[15]	梁昌慧, 张小安, 李耀宗, 赵永涛, 肖国青. 129Xeq+激发Mo表面产生的X射线谱. , 2010, 59(9): 6059-6063. doi: 10.7498/aps.59.6059
[16]	刘鑫, 雷耀虎, 赵志刚, 郭金川, 牛憨笨. 硬X射线相位光栅的设计与研制. , 2010, 59(10): 6927-6932. doi: 10.7498/aps.59.6927
[17]	陈博, 朱佩平, 刘宜晋, 王寯越, 袁清习, 黄万霞, 明海, 吴自玉. X射线光栅相位成像的理论和方法. , 2008, 57(3): 1576-1581. doi: 10.7498/aps.57.1576
[18]	杨治虎, 宋张勇, 陈熙萌, 张小安, 张艳萍, 赵永涛, 崔莹, 张红强, 徐徐, 邵健雄, 于得洋, 蔡晓红. 高电荷态离子Arq+与不同金属靶作用产生的X射线. , 2006, 55(5): 2221-2227. doi: 10.7498/aps.55.2221
[19]	赵永涛, 肖国青, 张小安, 杨治虎, 陈熙萌, 李福利, 张艳萍, 张红强, 崔莹, 绍剑雄, 徐徐. 空心原子的K-x射线谱. , 2005, 54(1): 85-88. doi: 10.7498/aps.54.85
[20]	杨国洪, 张继彦, 张保汉, 周裕清, 李军. 金激光等离子体X射线精细结构谱研究. , 2000, 49(12): 2389-2393. doi: 10.7498/aps.49.2389

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