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研究人员在东京大学建立了新型高频激光设备

紫外线 X射线 激光设备
发布:2020-09-29 14:41:56     来源:东京大学

研究人员在东京大学建立了新型的高频激光设备。相干的极紫外光源可以前所未有的清晰度揭示生物或物理样本的细节。它还可以研究与时间有关的现象,例如超快化学反应。用于这种研究的现有设施必然需要巨大的粒子加速器,并且对许多研究人员而言是禁止的。这项新设施将极大地改善广泛研究人员的访问范围。

您可能熟悉紫外线(X)和X射线。太阳发出的紫外线可以帮助您的身体产生维生素D,并使太阳能电池板产生能量,并且可以使用X射线对身体内部进行成像以发现骨折或其他疾病。但是,除了这些方面之外,紫外线和X射线也是研究物理世界的重要工具。研究人员使用这些形式的光来揭示生物,化学和物理样本的细节,例如其组成,结构和行为。

相干的极紫外线(XUV)和柔和的X射线脉冲是两种特别有用的光,它们对某些特定的化学反应或生物过程等速效现象进行了最新的研究。这些都是具有精确控制参数的非常精确的光形式,类似于激光脉冲,这对于执行良好的严格实验至关重要。然而,如何制造这些光束存在一些缺点。

UTokyo for Photon Science and Technology和RIKEN Advanced Center for Center光子学。“鉴于这些设施的稀有性以及在那里进行实验的费用,它给许多可能希望使用它们的人构成了障碍。这促使我自己和东京大学和理研院的同事们创建了一种新的设施,我们希望它将可供更多研究人员使用。”

新的XUV光源设施比以前的任何设施都要小得多。它位于东京大学地下相对较小的实验室内。机器的大部分是一个5 x 2米的真空容器,里面装有一个100米长的环或谐振器,在其下方存储了大功率激光。在该线圈的两个位置上有特殊的稀有气体囊,它们会改变通过的激光器的特性。这样就产生了XUV和软X射线的两个独立光束,它们被投射到正在研究的样品上。从样品反射的光然后由高速成像传感器读取。

“我们的方法真正新颖的是,XUV和软X射线脉冲非常短,但发生在兆赫兹或每秒数百万个周期的非常高的频率中,” Midorikawa说。“从角度看,在兆赫兹区域也使用同步加速器辐射脉冲的已建立的XUV设施具有更长的脉冲,不适合解决动态现象。而使用所谓的无X射线电子激光源的设施则具有短脉冲,但可以提供大约10赫兹至100赫兹的低频率。因此,我们的工厂兼具两全其美的优势,其优点是体积小巧,运行成本低得多。”

这种新的XUV光源提供超短脉冲,可用于探测快速现象,而高频则可用于研究物质的结构和化学性质。这是有可能的,这是由于在激光与气体相互作用时会产生脉冲的过程。这被称为高次谐波产生,也因为这个原因,该设备是同类设备中首个能够产生多个XUV和软X射线束的设备。

绿川说:“我在XUV的产生和应用领域工作了30年。尽管高次谐波产生在该领域取得了突破,但对于许多应用来说,产生效率和脉冲重复率仍然不足。” “当我向同事们提出该设施的构想时,他们立即对此感兴趣,我们能够获得适当的预算来完成它。我们都希望这将为材料科学家,化学家和生物学家们开展新的研究敞开大门。终于可以使用这个惊人而强大的调查工具。”

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