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FemtoX-II 桌面超快激光等離子體X射線動態診斷裝置

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公司介紹:

我司是德國INCOATEC公司、美國XOS(光學組件)、德國X-SPECTRUM、德國GREATEYES、德國Microworks、捷克ADVACAM、及英國MSI輝光放電質譜儀的中國區總代理,產品線包含X射線源、EUV/SXR/X射線光學元件、EUV/SXR/X射線探測器、X射線分析系統和輝光光放電質譜儀等。我司同時致力于給客戶提供x射線解決方案,并于2016年推出了具有自主知識產權的桌面超快X射線診斷裝置,具有超微、超亮、高信噪比和高穩定性的特點,在物質超快過程研究、精細分辨成像等方面具有重要的應用價值。


產品介紹:

使用桌面飛秒激光器與特殊設計的靶室,我們將脈寬小于100飛秒(fs)的桌面超快X射線脈沖——FemtoX帶進了中小型實驗室。同時可根據客戶應用需求,設計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射線輻射源經過近二十年的發展,已經在眾多實驗室具有較為廣泛的應用,并展現出了超微、超亮、高信噪比和高穩定性的特點。在物質超快過程研究、精細分辨成像等方面具有重要的應用價值,加上其裝置的低成本優勢,已經成為同步輻射光源在超快領域的有效補充。

特別地,目前的第三代同步輻射,其時間分辨能力在百皮秒(ps)量級,無法用來研究發生在亞ps(sub-ps),甚至是飛秒時間尺度的快速變化過程,如化學鍵的斷開和鍵合、晶格的振動等。而原子運動導致的化學反應和相變,其時間尺度在亞ps(sub-ps)量級,傳統的超快光譜只能提供電子態躍遷的信息,無法得到瞬態變化的結構信息。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(數十fs量級脈寬)、*(單脈沖能量高)的特點,激光脈沖在與靶相互作用時,所產生的X射線脈寬與激光脈沖的脈寬相當,加上X射線和驅動激光之間天然的時間同步性,使FemtoX能夠用于泵浦探針實驗,獲得亞ps,甚至fs時間分辨的物質動態解析能力。

此外,FemtoX的源尺寸很大程度上取決于激光光斑的尺寸。目前系統中的激光光斑在5微米(µm)左右(FWHM),能夠獲得焦斑尺寸在10µm量級的X射線源。而由于其區別于傳統X射線管的X射線激發機制,在獲得小尺寸焦斑的同時,還能達到較高的X光輸出功率。這對在空間分辨率、空間相干性方面有較高要求的X射線透視成像、相稱成像等領域具有重要應用前景。


產品特點:

  • 短于百飛秒脈寬的Kα脈沖

  • 優于1011ph/s的光子通量

  • 10µm量級的光源焦斑

  • 射線防護的腔室設計

  • 完備的精細調節裝置

  • 靈活的光學組件耦合


性能參數

激光器*


脈沖能量

4mJ

20mJ

重頻

3kHz

1kHz

脈寬

<100fs

光斑(FWHM)

~5µm

激光強度

~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



無光學組件耦合(成像應用)


小工作距離(SOD)

3cm

束角

40o

*可根據客戶自有激光設備提供集成解決方案,但需經過技術參數確認;

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

***實際指標和所選多層膜鏡片型號參數相關;


桌面超快激光等離子體X射線動態診斷裝置-靶室實物圖 北京眾星聯恒科技有限公司

圖一 FemtoX靶室實物圖(左)和光路示意圖(右);



典型應用方向:


A、超微 X 射線源靜態成像:空間分辨優于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,左上角的網格標尺為1cm;(b)采用團簇靶獲得的蜘蛛相襯成像結果。


B、超快 X 射線動態衍射:時間分辨 0.05-1ps,結構變化解析能力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(時間分辨~150fs)(下)。

C、超快 X 射線動態吸收譜學:時間分辨0.1-1ps,結構變化解析能力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);

紫外光激發前(-20ps)、后(+25ps)Fe(III)(C2O4)33-氧化還原光化學反應的中間體結構演化EXAFS譜(下)。

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


D、超快 X 射線時間動態成像:時間分辨0.05-1ps,空間分辨優于3µm。

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圖六 利用激光驅動的高能Betatron輻射進行超快 X 射線時間動態成像




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