超短超强激光与靶物质相互作用时，可以产生强硬X射线辐射。和第三代同步辐射源相比，这种X射线源具有超快、源尺寸小、造价低的特点，非常适合对物质进行飞秒动力学探测，在医学、生物学和材料学等方面具有很大的应用潜力，因此成为本领域的研究热点之一。但令人遗憾的是，目前人们产生的激光X射线源都表现出信噪比差和能量转换效率饱和等缺点，造成能实际利用Kα光子总额较少；同时由于电子在靶材料中反复多次或长程输运和碰撞，使X射线的时间宽度都在皮秒甚至纳秒量级，这使得使单发激光脉冲产生的X射线源应用受到限制。因此，如何有效控制和优化硬X射线的产生效率和能谱分布是一个亟待解决的问题。

 

中科院物理研究所光物理重点实验室L05组的陈黎明、李玉同、张杰研究员与日本原子能研究开发机构合作，利用L05组的飞秒极光装置和实验平台，对倍频后的高信噪比激光与固体靶相互作用中产生的Kα射线进行了研究。结果表明：高信噪比的激光脉冲可以高效地激发相对论条件下的“真空加热”机制，产生的超热电子的数量、能量及角度分布更加利于在Cu靶中有效激发Kα光子，从而克服了基频光在硬X射线产生中的饱和困难，降低了本底特别是高能本底的总量并缩短了脉冲时间宽度，使对该问题的研究走出了困境。此外，还发现Ka光子的转换效率与高信噪比激光的脉冲形状关系密切，采用负啁啾的激光脉冲可以进一步优化真空加热的效率，使Kα光子的转换效率达到4x10-4，这是目前同类实验的最高值。通过连续调节压缩光栅的间距，改变激光脉冲的形状，进而控制超热电子和X射线的产生，有望发展成为飞秒激光等离子体物理的一种新的控制方法。

 

该工作发表在近期出版的《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。本项目得到国家自然科学基金委和973国家基础研究计划的支持。（来源：中科院物理研究所）