一种新的、更好的 X 射线激光脉冲技术

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埃德加·卡克西斯（左）和保罗·卡佩吉亚尼。图片来源：维也纳理工大学

用于在医院检查腿部骨折的 X 射线很容易制作。然而，在工业中，需要一种完全不同的X射线辐射，即尽可能短和高能量的X射线激光脉冲。例如，它们用于纳米结构和电子元件的生产，也用于实时监测化学反应。

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纳米波长范围内的强烈、极短波 X 射线脉冲很难产生，但现在维也纳工业大学（维也纳）开发了一种新的、更简单的方法：起点不是主要用于此目的的钛蓝宝石激光器，而是镱激光器。关键的诀窍是，光随后通过气体发送以改变其特性。

长波长导致短波长

激光束的波长取决于产生激光束的材料：在所涉及的原子或分子中，电子以较低的能量从一种状态变为另一种状态。这导致光子被发射——它的波长（以及它的颜色）取决于电子在状态变化过程中损失了多少能量。通过这种方式，可以产生不同的激光颜色——从红色到紫色。

然而，为了制造波长更小的激光束，必须采用特殊的技巧：首先，制造长波长的激光束并射向原子。电子从原子上被剥离并在激光的电场中加速。然后它转过身来，再次与它所来自的原子碰撞，从而产生短波X射线。这种技术称为“高谐波产生”。

维也纳工业大学光子学研究所的Paolo Carpeggiani表示：乍一看，这种情况似乎有些违反直觉。事实证明，事实上，原始激光束的波长越大，最终可以达到的波长就越小。然而，在此过程中，X射线辐射的产生效率也会降低：如果要产生非常短的波辐射，其强度会变得非常低。

图形摘要。图片来源：ACS Photonics （2022）。DOI： 10.1021/acsphotonics.2c01021

镱代替钛蓝宝石，气体代替晶体

到目前为止，这种技术几乎总是通过使用钛蓝宝石激光器，然后用特殊晶体增加其辐射波长，以便通过高谐波产生产生尽可能短的 X 射线辐射。然而，TU Wien 的团队现在开发了一种更简单、更强大的方法：他们使用镱激光器。镱激光器比钛蓝宝石激光器更简单、更便宜、更强大，但到目前为止，它们在 X 射线生产中的性能要低得多。

在维也纳工业大学，首先增加了镱激光器辐射的波长——不是像往常一样通过晶体发送这种辐射，而是通过分子气体发送。“这大大提高了效率，研究人员得到的不是过去的20%，而是80%左右。”

该论文发表在ACS Photonics杂志上。

更多信息：Martin Dorner-Kirchner 等人，HHG 在碳 K-Edge 上由来自镱放大器的 SRS 红移脉冲直接驱动，ACS Photonics （2022）。DOI： 10.1021/acsphotonics.2c01021

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