[科普中国]-X射线激光器

X激光的产生

用于X射线激光器的泵浦源主要是高功率激光器。线聚焦强激光打到靶上，沿着焦线方向形成高温等离子体柱。在一定条件下，等离子体柱中特定离子的某两个能级(激光发射的上下能级)可形成粒子数反转，所发射的X射线在沿着等离子体柱传播过程中被放大形成X射线激光。

组成X射线激光器和普通激光器类似，可由驱动源、工作物质和谐振腔三部分组成。驱动源是高功率激光器、高压放电装置甚至核装置等能向工作物质馈送能量的激励装置，目前普遍采用的是高功率激光器。工作物质是驱动源产生的等离子体，所以这种激光也称为等离子体X射线激光。软X射线激光的光腔由多层膜X射线反射镜、多层膜输出耦合(分光)镜和工作物质组成。由于X射线波长很短，工作物质是高温高密度的等离子体，在这种环境条件下光学器件很容易被破坏，加之在等离子体中维持增益系数足够大的时间(寿命)短，因此多程放大的机会小，通常采用单程放大(放大的自发辐射)。2

应用生物活细胞的激光成像是X射线激光的重要应用领域.它不需要像应用电子显微镜那样的样品制备过程，也不受样品活动的影响，并且在样品受到损伤之前就可完成成像过程。因此，采用波长在水窗附近(～ 4.4nm)的X射线激光作光源的X射线显微镜就可获得活细胞组织的图像，采用X射线激光全息术还可得到三维全息图，这对生物学、医学和生命科学的研究都具有重要意义。这项技术正被用于研究DNA在精子细胞内的排列。

X射线激光作激光探针用来诊断激光产生的高温等离子体内部，特别是临界面附近的密度分布将是X射线激光另一重要应用。这将为激光与物质相互作用的研究，特别是惯性约束聚变靶物理研究提供有效的诊断手段。

此外，材料科学、微电子学、化学、原子物理学以及精密加工等也都是X射线激光有希望的应用领域。目前，受到X射线激光器发展水平的限制，其应用的研究刚刚开始.随着X射线激光器性能的改进和费用的降低，特别是小型台式X射线激光器研制的成功，X射线激光必将在科学技术发展中发挥越来越大的作用。

科研人员评价美国加利福尼亚州实验室发明了世界最大功率的X射线激光器，激光器所产生的电能超过一个小国家全国的全部电能。激光器的X射线可聚焦在人类头发的1/30的一个点上；还可短时间将一片金属箔加热至200万摄氏度，使它成为地球上温度最高的物质，这种温度和压力仅存于恒星内部。

英国牛津大学科学家与美国加利福尼亚州实验室研究人员共同参与“直线加速器相干光源”实验(LCLS)，并开发了世界上功率最大的X射线激光器。牛津大学物理系博士山姆·温科表示：“制成高温密集的物质是相当重要，它有助我们了解存在于恒星内部以及太阳系内外的巨大行星中心的排序条件。‘直线加速器相干光源’X射线激光器确实是一部了不起的机器，它帮助我们制成和观察某些热等离子(带电气体)，热等离子用于多种领域如物质科技和生物研究领域。”