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FemtoX-II 桌面超快激光等離子體X射線動(dòng)態(tài)診斷裝置

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公司介紹:

我司是德國INCOATEC公司、美國XOS(光學(xué)組件)、德國X-SPECTRUM、德國GREATEYES、德國Microworks、捷克ADVACAM、及英國MSI輝光放電質(zhì)譜儀的中國區(qū)總代理,產(chǎn)品線包含X射線源、EUV/SXR/X射線光學(xué)元件、EUV/SXR/X射線探測(cè)器、X射線分析系統(tǒng)和輝光光放電質(zhì)譜儀等。我司同時(shí)致力于給客戶提供x射線解決方案,并于2016年推出了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的桌面超快X射線診斷裝置,具有超微、超亮、高信噪比和高穩(wěn)定性的特點(diǎn),在物質(zhì)超快過程研究、精細(xì)分辨成像等方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。


產(chǎn)品介紹:

使用桌面飛秒激光器與特殊設(shè)計(jì)的靶室,我們將脈寬小于100飛秒(fs)的桌面超快X射線脈沖——FemtoX帶進(jìn)了中小型實(shí)驗(yàn)室。同時(shí)可根據(jù)客戶應(yīng)用需求,設(shè)計(jì)并提供整套解決方案與診斷裝置。

激光等離子體脈沖式超快X射線輻射源經(jīng)過近二十年的發(fā)展,已經(jīng)在眾多實(shí)驗(yàn)室具有較為廣泛的應(yīng)用,并展現(xiàn)出了超微、超亮、高信噪比和高穩(wěn)定性的特點(diǎn)。在物質(zhì)超快過程研究、精細(xì)分辨成像等方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值,加上其裝置的低成本優(yōu)勢(shì),已經(jīng)成為同步輻射光源在超快領(lǐng)域的有效補(bǔ)充。

特別地,目前的第三代同步輻射,其時(shí)間分辨能力在百皮秒(ps)量級(jí),無法用來研究發(fā)生在亞ps(sub-ps),甚至是飛秒時(shí)間尺度的快速變化過程,如化學(xué)鍵的斷開和鍵合、晶格的振動(dòng)等。而原子運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的化學(xué)反應(yīng)和相變,其時(shí)間尺度在亞ps(sub-ps)量級(jí),傳統(tǒng)的超快光譜只能提供電子態(tài)躍遷的信息,無法得到瞬態(tài)變化的結(jié)構(gòu)信息。而基于超快X射線的表征手段,如超快X射線衍射(UXRD)、超快X射線吸收譜(UXAS)等,則是更為有效的手段。由于飛秒激光器所輸出的激光脈沖具有超短(數(shù)十fs量級(jí)脈寬)、*(單脈沖能量高)的特點(diǎn),激光脈沖在與靶相互作用時(shí),所產(chǎn)生的X射線脈寬與激光脈沖的脈寬相當(dāng),加上X射線和驅(qū)動(dòng)激光之間天然的時(shí)間同步性,使FemtoX能夠用于泵浦探針實(shí)驗(yàn),獲得亞ps,甚至fs時(shí)間分辨的物質(zhì)動(dòng)態(tài)解析能力。

此外,F(xiàn)emtoX的源尺寸很大程度上取決于激光光斑的尺寸。目前系統(tǒng)中的激光光斑在5微米(µm)左右(FWHM),能夠獲得焦斑尺寸在10µm量級(jí)的X射線源。而由于其區(qū)別于傳統(tǒng)X射線管的X射線激發(fā)機(jī)制,在獲得小尺寸焦斑的同時(shí),還能達(dá)到較高的X光輸出功率。這對(duì)在空間分辨率、空間相干性方面有較高要求的X射線透視成像、相稱成像等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。


產(chǎn)品特點(diǎn):

  • 短于百飛秒脈寬的Kα脈沖

  • 優(yōu)于1011ph/s的光子通量

  • 10µm量級(jí)的光源焦斑

  • 射線防護(hù)的腔室設(shè)計(jì)

  • 完備的精細(xì)調(diào)節(jié)裝置

  • 靈活的光學(xué)組件耦合


性能參數(shù)

激光器*


脈沖能量

4mJ

20mJ

重頻

3kHz

1kHz

脈寬

<100fs

光斑(FWHM)

~5µm

激光強(qiáng)度

~1018 W/cm2


X射線源


靶材

CuMoAg等多種靶材可選

脈寬

<100fs

光子通量**

>1011ph/s

X射線源尺寸***

~10 µm (FWHM)


光學(xué)組件耦合(多層膜)


樣品處焦斑***

~100µm(FWHM)

樣品處的Ka光子通量***

~108 ph/s



無光學(xué)組件耦合(成像應(yīng)用)


小工作距離(SOD)

3cm

束角

40o

*可根據(jù)客戶自有激光設(shè)備提供集成解決方案,但需經(jīng)過技術(shù)參數(shù)確認(rèn);

**實(shí)際指標(biāo)和激光器參數(shù)、靶材類型相關(guān),使用銅靶可獲得的通量為6 X 1011ph/s(2π立體角);

***實(shí)際指標(biāo)和所選多層膜鏡片型號(hào)參數(shù)相關(guān);


桌面超快激光等離子體X射線動(dòng)態(tài)診斷裝置-靶室實(shí)物圖 北京眾星聯(lián)恒科技有限公司

圖一 FemtoX靶室實(shí)物圖(左)和光路示意圖(右);



典型應(yīng)用方向:


A、超微 X 射線源靜態(tài)成像:空間分辨優(yōu)于2µm,可用于相襯成像、雙色透視成像、低劑量成像等。

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圖二 利用FemtoX獲得的(a)蝦的成像圖、(b)紅色虛線上X射線的強(qiáng)度分布、(c)魚的成像圖;

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圖三 采用Ag靶獲得的(a)鼠尾成像圖,左上角的網(wǎng)格標(biāo)尺為1cm;(b)采用團(tuán)簇靶獲得的蜘蛛相襯成像結(jié)果。


B、超快 X 射線動(dòng)態(tài)衍射:時(shí)間分辨 0.05-1ps,結(jié)構(gòu)變化解析能力0.01 ?

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圖四 激光脈沖泵浦--超快X射線探針的診斷裝置光路圖示例(上)、

SrRuO3/SrTiO3 超晶格聲子振蕩曲線(時(shí)間分辨~150fs)(下)。

C、超快 X 射線動(dòng)態(tài)吸收譜學(xué):時(shí)間分辨0.1-1ps,結(jié)構(gòu)變化解析能力0.01?。


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圖五 色散型超快X射線吸收譜儀裝置示意圖(上);

紫外光激發(fā)前(-20ps)、后(+25ps)Fe(III)(C2O4)33-氧化還原光化學(xué)反應(yīng)的中間體結(jié)構(gòu)演化EXAFS譜(下)。

(摘自J. Phys. Chem. A 111, 9326–9335 (2007))


D、超快 X 射線時(shí)間動(dòng)態(tài)成像:時(shí)間分辨0.05-1ps,空間分辨優(yōu)于3µm。

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圖六 利用激光驅(qū)動(dòng)的高能Betatron輻射進(jìn)行超快 X 射線時(shí)間動(dòng)態(tài)成像




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