Experimental and numerical study of ultra-short laser-produced collimated Cu K_α X-ray source

Abstract

Kα X-ray sources generated from the interaction of ultra-short laser pulses with solids are compact and low-cost source of ultra-short quasi-monochromatic X-rays compared with synchrotron radiation source. Development of collimated ultra-short Kα X-ray source by the interaction of 45 fs Ti:sapphire laser pulse with Cu wire target is presented in this paper. A study of the Kα source with laser parameters such as energy and pulse duration was carried out. The observed Kα X-ray photon flux was ~2.7 × 108 photons/shot at the laser intensity of ~2.8 × 1017 W cm−2. A model was developed to analyze the observed results. The Kα radiation was coupled to a polycapillary collimator to generate a collimated low divergence (0.8 mrad) X-ray beam. Such sources are useful for time-resolved X-ray diffraction and imaging studies.

Эффективная Генерация Характеристического Рентгеновского Излучения При Воздействии Чирпированных Фемтосекундных Лазерных Импульсов На Медную Мишень При Локальном Поддуве Гелия

“…На рис. 6 приведена сводная информация по выходу характеристического рентгеновского излучения в зависимости от интенсивности лазерного излучения (взята из работ [10][11][12][13][14][15][16][17] для вакуумных условий и длительности импульса 50−250 fs). На рисунке также приведен выход фотонов (серый квадрат), полученный в настоящем эксперименте при длительности импульса 300 fs.…”

“…Примечательно, что выходу рентгеновского излучения, полученному в нашем эксперименте, соответствует диапазон интенсивности (0.4−0.8) • 10 17 W/cm 2 [10-14] в зависимости от длительности импульса. Это соответствует изменению плотности энергии в пределах (4−10) • 10 3 J/cm 2 [10][11][12][13][14][15][16][17].…”

“…Отметим, что согласно предположению, сделанному в [16], с увеличением длительности импульса при фиксированной лазерной энергии, температура горячих электронов понижается из-за уменьшения интенсивности. Это приводит к тому, что поперечный размер области горячих электронов также сокращается.…”

“…Поэтому существенно, что именно размер источника определяет разрешение при рентгеноструктурном исследовании и фазово-контрастной визуализации. С другой стороны, если вложенная энергия в горячие электроны остается прежней при росте длительности импульса, то в результате количество горячих электронов увеличивается, так как вложенная энергия теперь перераспределяется в области низкоэнергетических горячих электронов [16]. Верификация этих предположений является предметом дальнейших исследований.…”

Time-resolved diffraction with an optimized short pulse laser plasma X-ray source

“…In contrast, the spatially incoherent 4π-emission of laserplasma based X-ray sources require optics, which allow to collect the radiation over a sufficiently large solid angle and deliver it to the sample in a suitably shaped beam (focused, collimated). Bent crystals, multi-layer mirrors and capillary optics have been utilized for this purpose 58,59,[75][76][77][78] .…”