用激光等离子体作X射线源的EXAFS实验系统

　　引言

　　扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)技术作为一种新的物质分子结构分析的有力工具兴起于本世纪七十年代，并很快在研究液体、气体、无定形或复杂结晶等材料中得到发展和应用，且绝大多数的EXAFS实验是在同步辐射强X射线源上进行的。而新近发展起来的激光产生等离子体X射线(LPX)源具仃更高的亮度、极强的瞬时强度和线度小、稳定性好等优点，为具有原子序数一直到40的元素取得EXAFS数据，提供实际上取代同步辐射源的另一个方案:同时也为分析高度瞬态的物质分子结构提供了唯一的工具。

　　1系统结构

　　整个实验系统由大功率激光系统和靶场实验系统两大部分组成。激光系统如图1所示，包括脉冲宽度可以改变的单脉冲发生器和具有空间整形的放大器系列。单脉冲发生器又由可以产生各种脉宽的振荡器和脉冲选择开关构成。振荡器采用脉冲对撞式主一被动锁模结构。由双灯泵浦的YAG激光工作物质产生的1.06微米激光辐射，经非谐振环引导，在可饱和吸收体中对撞，产生一串脉冲列。在输出端附近的声光调制器进一步稳定振荡输出，使其输出的脉冲列幅度抖动小于士4%，并使信噪比提高到10。脉冲选择开关由一对正交的棱镜P，PZ和晶体KDP组成。其选出的单脉冲能量极小，一般仅几十叮，要将它放大到10)左右，这里采用了双程放大的放大系统，由两级预放、五级主放组成，分别置于两个均4.3平方米的防震平台上。激光光路中加入的法拉第磁光隔离器阮隔离了反射光的通过，又大大提高了系统抗自振能力，但对能量有一定损耗。空间滤波器5.F.1、5.F.2有助于改善光束均匀性，从而克服自聚焦现象。

　　图2是5.F.示意图，其中，LI、LZ为透镜.f，、f。分别为L，、LZ的焦距，D为带有从和.5到似之间不同直径小孔的金属片.中间的小孔直径根据实际情况选取一因截止频率KC一Kd/(2了)，K为激光波数，d为小孔直径，一般取KC的值在15~3。/em之间。一旦Kc的道定下来，则d值亦定。两个透镜焦距不同，可使5.F.同时作为扩束器。靶场实验系统如图3所示，为使基准光(He一Ne光)与打靶激光同光轴、同波长、同波面，加扩束望远镜使He一Ne光与激光同口径，并用反射镜M:和半反半透镜M:把He一Ne光引到激光光路上，使同光轴。然后，先用扩束的He一Ne光作基准，进行预调焦。再对靶位置进行波面和色差修正。最后，移走M:，使1叮、3OOPS的激光经全反镜M3、M.引入靶室，通过聚焦透镜以争100微米左右的焦斑打在固体靶上，产生高温等离子体，其辐射的软X射线穿过被分析提品，由平晶谱仪分光后，为条纹相机所接收。接收到的EXAFS谱可由计算机进行图象处理，并显示出结果。具体实验时，先用带有MCP的CCD接收到时间累积谱后，再换条纹相机接收动态谱。