一种小型化时间分辨的激光泵浦X射线探测仪制造技术

本发明专利技术提供了一种小型化时间分辨的激光泵浦X射线探测仪，包括小型化X射线仪，其置于分束器的反射光方向，用于接收分束器射出的反射光束，并引导反射光束与其内部的高能电子束团碰撞，产生超短脉冲X射线；二维像素阵列X射线探测器，其置于三维样品台的后方，用于接收探测用超短脉冲X射线经过激发态的样品后产生的衍射图样信息，并通过电连接的计算机进行分析和显示。本发明专利技术所述的小型化时间分辨的激光泵浦X射线探测仪，超快飞秒激光与探测X射线具有天然的时间同步特性；与现有的同类设备比较，具有结构紧凑、体积小、造价低，可于大型医院、科研院校等建造使用，便于推广。

A compact time-resolved laser pumped X ray detector

The invention provides a laser pumped X ray detector is a small time resolution, including the miniaturization of X ray apparatus, in the direction of the reflected light beam splitter, for receiving the reflected beam splitter is emitted, and guide the electron beam and the reflected beam collide, ultrashort pulsed X ray; two-dimensional the pixel array X detector in the three-dimensional sample stage behind for the diffraction pattern produced by the excited state information receiving and detecting samples with ultrashort pulsed X ray, and is electrically connected with the computer analysis and display. Laser pumped X ray detector small time the resolution of ultrafast femtosecond laser and X ray detection has a natural characteristic of time synchronization; compared with the existing equipment of the same kind, has the advantages of compact structure, small volume, low cost, can be in large hospitals, research institutions and other construction use, easy popularization.

【技术实现步骤摘要】
一种小型化时间分辨的激光泵浦X射线探测仪
本专利技术属于时间分辨过程的泵浦探测仪
，尤其是涉及一种小型化时间分辨的激光泵浦X射线探测仪。
技术介绍
在生物、化学、新材料等领域需要探测物质微观结构变化的瞬态或超快过程，对科学的认识物质本质具有十分重要的意义。例如在单分子、液体或晶体中的原子运动、化学键的断裂与形成、电荷的转移、分子的异构化等。利用基于超短脉宽的飞秒脉冲激光建立的泵浦-探针方法研究上述超快过程，是将一束超短脉冲激光作用在物质上，激发一个瞬态变化过程，经过一定的时间延时后，利用另一束超短脉冲激光作为探针，探测上述动态变化过程，即为时间分辨光谱法。进一步的，要获取物质在原子尺度上的结构瞬态变化过程信息，例如蛋白质、生物大分子的晶体结构变化，先进信息存储材料的超快电子驰豫过程等，就要采用波长与原子间距相当的超短X射线作为探测光源，进行衍射的成像方法，这是观察物质深层微观结构及其瞬态变化的有力工具。因此，将飞秒脉冲激光与超短X射线相结合形成的超快时间分辨X射线探测，成为近年来前沿科学领域，尤其是生物、化学、生命科学的研究热点。目前，具有超快时间特征的X射线应用光源主要是同步辐射X射线和自由电子激光器。其中，同步辐射产生的X射线脉宽相对较宽(>50ps)，无法用于研究时间尺度在fs或亚ps量级的瞬态变化过程，而且以上X光源设备的设施非常庞大(数百米长，数个标准足球场占地面积)，成本高昂，全球范围内数量有限，难以满足飞速发展的科研需求。基于同步辐射X光源或自由电子激光X光源建设的超快时间分辨的泵浦探测方法，其使用的飞秒泵浦激光源与上述X光源是分别独立的系统，需要采用非常复杂的时间同步技术手段实现(同步辐射或自由电子激光产生)X射线脉冲与泵浦激光脉冲的高精度时间同步。因此研究一种小型化具有天然的时间同步特性的时间分辨激光泵浦-X射线探测仪在科学研究领域具有十分重要的意义
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种小型化时间分辨的激光泵浦X射线探测仪，以解决现有技术中，能够产生超快时间特征的X射线的设备体积较大，导致现有的超快时间分辨X射线探测仪器体积较大造价高昂的问题。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种小型化时间分辨的激光泵浦X射线探测仪，包括超快泵浦激光器，用于生成超快飞秒激光；分束器，其置于超快泵浦激光器输出端的后方，用于将超快飞秒激光分束为透射光束和反射光束；光线延迟线，其置于分束器透射光方向，其输出端的后方还设置有全反镜，透射光经全反镜后照射到置于三维样品台上的样品上，激发样品；小型化X射线仪，其置于分束器的反射光方向，用于接收分束器射出的反射光束，并引导反射光束与其内部的高能电子束团碰撞，产生高平均束流和单脉冲束流的高亮度飞秒或亚皮秒量级的超短脉冲X射线；X射线整形系统，其置于小型化X射线仪的输出端的后方，用于将小型化X射线仪产生的超短脉冲X射线调整为探测用超短脉冲X射线；二维像素阵列X射线探测器，其置于三维样品台的后方，用于接收探测用超短脉冲X射线经过激发态的样品后产生的衍射图样信息，并通过电连接的计算机进行分析和显示。进一步，所述超快泵浦激光器为大能量飞秒激光器。进一步，所述光线延迟线用于调节控制飞秒激光和探测用高亮度飞秒或亚皮秒量级的超短脉冲X射线脉冲之间的时间延时。进一步，所述全反镜对于飞秒激光的反射率大于99.9％。进一步，所述小型化X射线仪，包括电子束团产生系统，用于产生、加速并输出高品质的高能电子束团；电子束团与激光碰撞系统，用于接收电子束团和超快泵浦激光，并使两者在其内部碰撞以输出高亮度飞秒或亚皮秒量级的超短脉冲X射线束流；同时回收碰撞后残余的电子以及激光。进一步，所述X射线整形系统包括单色器和金属毛细管，用于提高所述小型化X射线仪输出的X射线束流的单色性和准直性。相对于现有技术，本专利技术所述的小型化时间分辨的激光泵浦X射线探测仪具有以下优势：本专利技术所述的小型化时间分辨的激光泵浦X射线探测仪，结构紧凑，造价低。通过小型化X射线仪，能够产生高亮度、高品质、准单色和高光子通量的X射线；同时，相比于现有的高亮度X射线产生方式，小型化X射线仪能够使自身结构更加紧凑，造价更加低廉。采用二维像素阵列X射线探测器对样品的衍射图样信息进行收集，替代了现有技术中采用多种设备配合实现的方式，使信息收集结构更加紧凑。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例所述的小型化时间分辨的激光泵浦X射线探测仪的结构框图；图2为本专利技术实施例所述的小型化时间分辨的激光泵浦X射线探测仪的小型化X射线仪的结构框图。附图标记说明：1-超快泵浦激光器；2-分束器；3-光线延迟线；4-全反镜；5-小型化X射线仪；501-电子束团产生系统；502-电子束团与激光碰撞系统；6-X射线整形系统；7-三维样品台；8-样品；9-二维像素阵列X射线探测器；10-计算机。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。如图1，本专利技术提出一种小型化时间分辨的激光泵浦X射线探测仪，包括超快泵浦激光器1，用于生成超快飞秒激光；分束器2，其置于超快泵浦激光器1输出端的后方，用于将超快飞秒激光分束为透射光束和反射光束；光线延迟线3，其置于分束器2透射光方向，其输出端的后方还设置有全反镜4，透射光经全反镜4后照射到置于三维样品台7上的样品8上，激发样品8；小型化X射线仪5，其置于分束器2的反射光方向，用于接收分束器2射出的反射光，并引导反射光与其内部的高能电子束团碰撞，产生高平均束流和单脉冲束流的高亮度飞秒或亚皮秒量级的超短脉冲X射线；X射线整形系统6，其置于小型化X射线仪5的输出端的后方，用于将小型化X射线仪5产生的超短脉冲X射线调整为探测用超短脉冲X射线；二维像素阵列X射线探测器9，其置于三维样品台7的后方，用于接收探测用超短脉冲X射线经过激发态的样品8后产生的衍射图样本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小型化时间分辨的激光泵浦X射线探测仪，其特征在于，包括：超快泵浦激光器(1)，用于生成超快飞秒激光；分束器(2)，其置于超快泵浦激光器(1)输出端的后方，用于将超快飞秒激光分束为透射光束和反射光束；光线延迟线(3)，其置于分束器(2)透射光方向，其输出端的后方还设置有全反镜(4)，透射光经全反镜(4)后照射到置于三维样品台(7)上的样品(8)上，激发样品(8)；小型化X射线仪(5)，其置于分束器(2)的反射光方向，用于接收分束器(2)射出的反射光束，并引导反射光束与其内部的高能电子束团碰撞，产生高平均束流和单脉冲束流的高亮度飞秒或亚皮秒量级的超短脉冲X射线；X射线整形系统(6)，其置于小型化X射线仪(5)的输出端的后方，用于将小型化X射线仪(5)产生的超短脉冲X射线调整为探测用超短脉冲X射线；二维像素阵列X射线探测器(9)，其置于三维样品台(7)的后方，用于接收探测用超短脉冲X射线经过激发态的样品(8)后产生的衍射图样信息，并通过电连接的计算机(10)进行分析和显示。

【技术特征摘要】
1.一种小型化时间分辨的激光泵浦X射线探测仪，其特征在于，包括：超快泵浦激光器(1)，用于生成超快飞秒激光；分束器(2)，其置于超快泵浦激光器(1)输出端的后方，用于将超快飞秒激光分束为透射光束和反射光束；光线延迟线(3)，其置于分束器(2)透射光方向，其输出端的后方还设置有全反镜(4)，透射光经全反镜(4)后照射到置于三维样品台(7)上的样品(8)上，激发样品(8)；小型化X射线仪(5)，其置于分束器(2)的反射光方向，用于接收分束器(2)射出的反射光束，并引导反射光束与其内部的高能电子束团碰撞，产生高平均束流和单脉冲束流的高亮度飞秒或亚皮秒量级的超短脉冲X射线；X射线整形系统(6)，其置于小型化X射线仪(5)的输出端的后方，用于将小型化X射线仪(5)产生的超短脉冲X射线调整为探测用超短脉冲X射线；二维像素阵列X射线探测器(9)，其置于三维样品台(7)的后方，用于接收探测用超短脉冲X射线经过激发态的样品(8)后产生的衍射图样信息，并通过电连接的计算机(10)进行分析和显示。2.根据权利要求1所述的小型化时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊仲维，张鸿博，赵水，白振岙，连富强，麻永俊，柴婷婷，许东晖，马有瑄，
申请(专利权)人：中科和光天津应用激光技术研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12