基于手性液晶的飛秒光子儲存環(huán)制造技術

本發(fā)明專利技術公開了一種用于康普頓散射產(chǎn)生Ｘ射線的基于手性液晶的飛秒光子儲存環(huán)。本發(fā)明專利技術的儲存環(huán)光路為激光脈沖經(jīng)起偏器、λ／４波片旋光后成為圓偏光、圓偏光再擴束，入射光經(jīng)注入光路后通過手性液晶片耦合進入諧振腔，在共焦離軸拋面鏡焦點聚焦，與電子束作用產(chǎn)生Ｘ射線，實現(xiàn)了入射光儲存在環(huán)內，與電子束以極高的頻率進行康普頓散射產(chǎn)生Ｘ射線。本發(fā)明專利技術選取手性液晶片做飛秒光子諧振腔注入窗口，用于康普頓散射可使產(chǎn)生的Ｘ射線亮度提高兩個數(shù)量級，極大的提高了諧振腔的耦合效率，降低了諧振腔的衰減損耗；通過調節(jié)液晶螺距設計出適合各個波段飛秒激光脈沖注入傳輸?shù)膬Υ姝h(huán)，同時可實時監(jiān)測、調整儲存環(huán)衰減損耗。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術屬于超短脈沖激光X射線
，具體涉及一種適合超短激光脈沖'沐入傳輸?shù)摹?用-逮普頓散射產(chǎn)生高亮度X射線的基于手件液晶的飛抄光子儲存環(huán)。
技術介紹
早在60年代電子束散射激光光子產(chǎn)生X射線的思想就被提出了，近十兒年來，由于加速器 技術的成熟，TW激光器的突破性發(fā)展，使得這種基于康普頓散射產(chǎn)生X射線的構想成為通往超 短脈沖、高亮度、緊湊光源的新途徑。但是受高功率激光器的低重復頻率的限制，激光束與 電子束單次散射產(chǎn)生的X射線的平均亮度不高。為此，人們提出了把激光光子存儲在儲存環(huán)中， 并把電子束與激光的作用點選在光子儲存環(huán)內，使電子束多次通過作用點，從而使二者以非 常高的頻率發(fā)生康普頓散射，獲得高平均亮度的X射線。 一篇名為《用于康普頓散射的皮秒激 光脈沖儲存環(huán)》(《High-energy Picosecond Laser Pulse Recirculation for Compton Scattering》，I. Jovanovic, S. G. Anderson, S. M. Betts, et al, Particle Accelerator Conference ' 07, June 14， 2007， 231797~231802)的文章提出了在存儲環(huán)里加入倍頻晶體， 通過頻率轉換，利ffl雙色鏡既有利于基頻光的注入，又將倍頻光儲存在環(huán)內。但這種儲存環(huán) 不適合高能飛秒的注入和傳輸，這是因為高功率飛秒激光脈沖有數(shù)十nm的帶寬，近焦耳量級 的飛秒激光，其功率達到數(shù)TW，在穿過介質后，脈寬展寬嚴重，大大降低了峰值功率；且位 相延遲急劇增人，造成光束分裂和自聚焦，從而對光學元件和光束質量造成嚴重破壞。因此， 飛秒光子儲存環(huán)必須避免激光往返穿越透射介質。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的是提供一種適合超短激光脈沖注入傳輸?shù)摹⒂秘】灯疹D散射產(chǎn)生高亮度X 射線的基于手性液晶的飛秒光子儲存環(huán)。本專利技術的基于手性液晶的飛秒光子儲存環(huán)，特點是，所述的儲存環(huán)含有依次在光路上排布 的起偏器、入/4波片、短焦凸透鏡、長焦凸透鏡、第一高反鏡、液晶片、第一離軸拋面鏡、 第二離軸拋面鏡、第二高反鏡、凸透鏡、PD光電二極管，其中第一離軸拋面鏡、第二離軸拋 fil鏡是一對共焦離軸拋面鏡。本專利技術的儲存環(huán)光路為入射的飛秒激光脈沖，經(jīng)起偏器成線偏振光，線偏振光經(jīng)過入/4波片旋光、成為右旋圓偏振光之后，入射的飛秒脈沖再經(jīng)過K、短焦距透鏡組成的望遠鏡 系統(tǒng)擴束，通過液晶片耦合進入由液晶片、共焦離軸拋面鏡、第二高反鏡組成的"Z"形折疊諧振腔，液晶片為注入窗口，入射的飛秒激光脈沖經(jīng)兩個共焦離軸拋面鏡反射，并在離軸拋 面鏡焦點處聚焦，選取該焦點為光子與電子束的作用點，而后入射光經(jīng)第二高反鏡反射，在 諧振腔內往返傳輸，并采用光電二極管和CCD監(jiān)測高反鏡的透射光時間波形的衰減，調整腔 長和第二高反鏡的俯仰使諧振腔內傳輸?shù)墓馐_到較好狀態(tài)。本專利技術的Z形諧振腔注入窗口的液晶片為手性液晶。手性液品對某些特定波段的圓偏振 光具有單向通過能力，采用手性液晶做諧振腔入射窗口極大的提高了諧振腔的耦合效率，降 低了諧振腔的衰減損耗。本專利技術的原理如下手性液晶具有Bragg選擇反射特性，左旋手性液晶選擇反射某個波段的左旋圓偏振光， 而透射右旋圓偏振光。入射的線偏振光經(jīng)過l/4波片后變成右旋圓偏振光，右旋圓偏振激光經(jīng)左旋手性液晶片傳 輸后經(jīng)過奇數(shù)個反射面反射,變成左旋圓偏振光。當入射光再次經(jīng)過左旋手性液晶片時,特定 波段的激光會被左旋手性液晶片反射,形成特定波段光線的存儲。利用Jones矩陣和膜層遞推法對光線在液晶光隔離器的傳輸過程進行了數(shù)值計算。在手性 液晶螺旋軸線方向上，把一個螺距P均勻分成m層，每一層旋轉的角度是e , {3 =2 n /m。根據(jù)能量 守恒定律和坐標旋轉方程可以得到每一單層的反射光電場Er和透射光電場Et。An 「 ；sin/ "0cos/ 、五 = w-2we"。 L cos / —wsin五，=vv*五, (1)cos〃 —("/"e)sin/ ("/ m。 ) sin cos yS(2)其中《為入射光場，An = "e—w。， S = ("e+"。)/2， w = cos2" + (n /"e"。)sin2y5 。根據(jù)入射 激光，依據(jù)關系式(3)、 (4)設計液晶片入射光中心波長義。=^尸。 (3)入射光帶寬A義二尸。A" (4)其中《為液晶螺距，液晶螺距可通過手性添加劑濃度來調節(jié)，因此可以根據(jù)入射激光波段的需求制成合適的儲存環(huán)注入窗U 。實驗證明，手性液晶對脈寬為百飛秒的激光脈沖有較高的抗損傷閾值，功率損傷閾值可達inF/ow2 ;對光束的反射原理與介質高反薄膜的原理相同，不會對儲存環(huán)內往返傳輸?shù)募?光脈寬有任何展寬影響對入射光的正向透射率達90%以上，反向傳輸時的反射率最卨可達499%。綜上可知，選取手性液晶片做注入窗口完全符合飛秒光子儲存環(huán)的設計要求。采用手性 液晶的儲存環(huán)可使單脈沖飛秒激光在環(huán)內往返傳輸近200次，用于康普頓散射可使產(chǎn)生的X 射線亮度提高兩個數(shù)量級。本專利技術選取手性液晶片做飛秒光子注入窗口，用于康普頓散射可使產(chǎn)生的X射線亮度提 高兩個數(shù)量級；采用手性液晶做諧振腔入射窗U ，利用手性液晶對某些特定波段的圓偏振光 具有單向通過的特性，極大的提高了諧振腔的耦合效率，降低了諧振腔的衰減損耗；通過調節(jié)液晶螺距設計出適合各個波段飛秒激光脈沖注入傳輸?shù)膬Υ姝h(huán)，同時能實時監(jiān)測儲存環(huán)內 光束衰減情況，調整儲存環(huán)至較好狀態(tài)。下面結合附圖對本專利技術進行進一步說明。 附圖說明圖1為本專利技術的光路結構示意圖圖2為用Jones矩陣數(shù)值模擬驗證本專利技術中液晶片的透反率曲線圖 圖3為用Jones矩陣數(shù)值模擬驗證本專利技術中液晶片的透反率曲線圖圖中l(wèi).起偏器 2. A/4波片 3.短焦凸透鏡 4.長焦凸透鏡 5.第一高反鏡 6.液晶片 7.第一離軸拋面鏡 8.第二離軸拋面鏡 9.第二高反鏡 10.凸透鏡 ll.PD光電二極管 具體實施例方式圖1中，本專利技術的基于手性液晶的飛秒光子儲存環(huán)，含有依次在光路上排布的起偏器1、 入/4波片2、短焦凸透鏡3、長焦凸透鏡4、第一高反鏡5、液晶片6、第一離軸拋面鏡7、 第二離軸拋面鏡8、第二高反鏡9、凸透鏡IO、 PD光電二極管ll，其中第一離軸拋面鏡7、 第二離軸拋面鏡8是一對共焦離軸拋面鏡；本專利技術儲存環(huán)光路為入射的飛秒激光脈沖，經(jīng)起偏器l成線偏振光，線偏振光經(jīng)過A /4波片2旋光、成為右旋圓偏振光之后，入射的飛秒脈沖再經(jīng)過長、短焦距透鏡(3、 4)組 成的望遠鏡系統(tǒng)擴束，通過液晶片6耦合進入由液晶片6、離軸拋面鏡(7、 8)、第二高反鏡 9組成的"Z"形折疊諧振腔，液晶片6為注入窗口，入射的飛秒激光脈沖經(jīng)兩個共焦離軸拋 面鏡(7、 8)反射，并在離軸拋面鏡焦點處聚焦，選取該焦點為光子與電子束的作用點，而 后入射光經(jīng)第二高反鏡9反射，在諧振腔內件返傳輸，并采用光電二極管和CCD監(jiān)測第二高 反鏡9的透射光時間波形的衰減，調整腔長和第二高反鏡9的俯仰使諧振腔內傳輸?shù)墓鈻c達 到較好狀態(tài)。本專利技術的Z形諧振腔注入窗口的液晶片6為手性液晶。手性液晶對某些特定波段的圓偏 振光具有單向通過能力，采用手性液晶做本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
基于手性液晶的飛秒光子儲存環(huán)，其特征在于：　ａ．所述的儲存環(huán)含有在光路上依次排布的起偏器（１）、λ／４波片（２）、短焦凸透鏡（３）、長焦凸透鏡（４）、第一高反鏡（５）、液晶片（６）、第一離軸拋面鏡（７）、第二離軸拋面鏡（８）、第二高反鏡（９）、凸透鏡（１０）、ＰＤ光電二極管（１１），其中第一離軸拋面鏡（７）、第二離軸拋面鏡（８）是一對共焦離軸拋面鏡；　ｂ．光束在儲存環(huán)中的傳輸路徑為：入射的飛秒激光脈沖，經(jīng)起偏器（１）成線偏振光，線偏振光經(jīng)過λ／４波片（２）旋光、成為右旋圓偏振光之后，入射的飛秒脈沖再經(jīng)過長、短焦距透鏡（３、４）組成的望遠鏡系統(tǒng)擴束，通過作為注入窗口的液晶片（６）耦合進入由液晶片（６）、第一離軸拋面鏡（７）、第二離軸拋面鏡（８）、第二高反鏡（９）組成的“Ｚ”形折疊諧振腔，入射的飛秒激光脈沖經(jīng)兩個共焦離軸拋面鏡（７、８）反射，并在離軸拋面鏡焦點處聚焦，選取該焦點為光子與電子束的作用點，而后入射光經(jīng)第二高反鏡（９）反射，在諧振腔內往返傳輸，并采用光電二極管和ＣＣＤ監(jiān)測第二高反鏡（９）的透射光時間波形的衰減。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：朱啟華，郝欣，王逍，謝旭東，王曉東，張穎，孫立，耿遠超，
申請(專利權)人：中國工程物理研究院激光聚變研究中心，
類型：發(fā)明
國別省市：51[中國|四川]