通過新的應用與傳統(tǒng)
激光器 市場的占有率對比,
光纖激光器的市場進一步提升是有可能的。研究人員也正在使超快光纖激光技術應用在多用戶應用上,如斯坦福SLAC 國家加速器實驗室(National Accelerator Laboratory in Stanford)和勞倫斯伯克利國家實驗室(LBNL)(Lawrence Berkeley National Laboratory in Berkeley),他們都在加利福尼亞州。同步加速器和自由電子激光器(FELs)的發(fā)展,給研究者提供了通往更亮、更短的X 射線源。多年來,斯坦福同步輻射
光源(SSRL)提供X 射線脈沖,研究
材料的分子和晶體結構。最近,一個“低-α 模式”的研發(fā),X 射線脈沖可達到1 ps。
Tp7?:YY| 7Fp2=j 同時,在斯坦福直線加速器中心(SLAC)的直線加速器相干光源(LCLS)提供亞百飛秒脈沖,在
波長短至0.15nm 時大約1012 個X 射線光子。這些超快穩(wěn)固的X 射線脈沖,同時具有高的空間和時間的連貫性,使新的科學領域的研究從3-D 成像和重要的生物分子動力學研究到表征物質的瞬時狀態(tài)研究。
J98K:SAR q,GL#L 在同步加速器和自由電子激光器(FELs)里,能量是通過電子束在一變化的磁場中傳遞得到的。電子行進路線受變換極性的磁體陣列影響,來回彎曲,導致以光的形式釋放能量。就同步加速器而言,激光是空間不連續(xù)的,典型脈沖是100fs,但是自由電子激光器(FELs)發(fā)射出強烈的空間相干光光束,脈寬短至幾十飛秒。為了工作在穩(wěn)定的X 射線波長,電子束必須緊束,以便他們與釋放出來的光相互相干(有效地實現(xiàn)受激輻射)。
YAog;QL ~ocr^V{"<~ 因為自由電子激光器FEL 沒有諧振腔并且是一個單通的設備,需要一束非常明亮的激光束來達到增益飽和狀態(tài)。有時這是通過使用傳統(tǒng)的超快激光源(如的Nd:YLF 或摻鈦藍寶石),激發(fā)在加速的射頻區(qū)域中的光電陰極,充當電子注射器來實現(xiàn)的。通過超快激光鎖定到主時鐘得到同步信號。主時鐘正在控制直線性加速器。
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K5$ y 圖1. 同步器原理圖/結構簡圖
z,tax`O 另外,世界各地的一些同步加速器,使用傳統(tǒng)的超快光源,時間分辨束線(time-resolved beamlines)已經被開發(fā),實現(xiàn)泵浦探測-研究。然而,對于這每一個結構,一個重大的缺陷是:傳統(tǒng)的固態(tài)超快放大器通常消耗巨大的
光學平臺,并需要日常維護保證它最佳的性能。
H;6V ~>n<b1}W 斯坦福大學教授亞倫林登貝格(Aaron Lindenberg)在斯坦福同步輻射實驗室使用Calmar公司Cazadero 系列的一鍵式超快光纖激光器克服了這個問題。設計應用在OEM 醫(yī)療和微電子加工,激光器結構緊湊,體積小,設置簡單,方便安裝,便于調整光束。此外,它的高脈沖能量(高達20uJ <500fs)和高重頻發(fā)揮了斯坦福同步輻射實驗室的優(yōu)勢。實現(xiàn)了一個良好的信噪比(time-resolved)的時間分辨的研究。
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uD"Voh|]= 圖2. 互相關cross-correlation 信號同步發(fā)生器脈沖寬度
*uIHa" 在林登貝格的初步實驗中,工作頻率在1.28MHz 的超快光纖激光器,已經成功被鎖相到同步加速器476MHz 射頻信號上(如圖1),定時抖動時間小于1ps,而且直接被用于測量X射線脈寬。圖2 顯示在脈沖X 射線模式下同步脈沖的直接測量結果。實驗是由激光器鎖相的1030nm 輸出光通過自相關產生的500nm 可見光進入硼酸鋇晶體,檢測的混頻信號在340nm。記錄的最短的脈沖寬度~3ps。
.JqIAC~ Jj!T7f*-GX 光學的同步性和X 射線脈沖保證一項特殊的泵浦探測實驗。光纖激光
系統(tǒng)輸出的高能量脈沖泵浦或者激發(fā),誘導出一種物理或光化學轉化。這樣的變化接著在原子量級被同步加速器的X 射線脈沖探測到。通過不同脈沖探測的到達時間,這個動態(tài)過程可以作為發(fā)生在原子量級結構變化X 射線影像。該方法正被用于對
納米系統(tǒng)激發(fā)態(tài)動力學獲得一個更好的理解中,也是從他們相應的散裝結構中區(qū)分出來的方法。
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