专利名称：超快时间分辨x射线衍射仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及X射线衍射仪，特别是一种超快时间分辨的X射线衍射仪，这种超快时间分辨X射线衍射仪的时间分辨可以达到亚皮秒量级，晶格移动空间分辨率可以达到m量级，在材料科学和生物化学领域有广泛的用途。
背景技术：
目前市场上出售的X射线衍射仪，都是利用X射线管做的静态衍射仪，而在材料科学和生物医学领域从事瞬态结构的研究人员，几乎是翘首盼望能够拥有一台超快时间分辨的X射线衍射仪，从事研究工作。
显然，研制一台超快时间分辨的X射线衍射仪刻不容缓，在科技上，能够为我国的科研人员在前沿领域占领制高点助一臂之力，也能使我国在这一领域拥有有自主知识产权的、有高科技含量的科学仪器；在经济上，目前国内外市场尚属空白，一旦占领广阔的国际市场与国内市场，可获得巨大的经济效应。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术不足，提供一种超快时间分辨X射线衍射仪，用以观测生化反应和物理变化过程中原子瞬间运动的状态，描述非稳态和短寿命的中间态，从而能了解更多物质世界的奥秘！本发明的实质是采用泵浦—探针技术手段，即利用飞秒激光脉冲的一部分，在样品中激活一个超快过程(此即泵浦)，然后再用飞秒脉冲的另一部分产生超快X射线去测量这个激活的超快过程，通过一系列延时去感知整个过程(此即探针)。
本发明的技术解决方案如下
一种超快时间分辨X射线衍射仪，其特征在于它的构成为包括飞秒激光系统，在飞秒激光系统的激光输出光路上设一半反射半透过介质膜板，在该半反射半透过介质膜板的透射光路依次是由三块全反射介质膜板构成的光学延迟线、多块反射镜和样品，在该半透半反射过介质膜板的反射光路上依次为全反射介质膜板、凹面反射镜、靶、沃尔特(Woltermirror)镜和样品，所述的凹面反射镜和靶同处于一靶室内，在样品的衍射方向设有X射线探测器。
各元件的关系如下在飞秒钛宝石激光系统的激光输出光路上安置分束器，输出透射A光束和反射B光束，A光束经光学延迟线和反射镜和样品相互作用，产生一待研究的应变场，这束光称为作用光束。
反射B光束经一反射镜进入靶室中，被一凹面镜反射并汇聚射到靶上去，产生一特征X射线，并经沃尔特镜进入到样品中，探测作用光束A产生应变的过程，B束光称为探测光束。
所述的飞秒钛宝石激光系统是一台辐射波长为780～820nm、脉宽为5～100fs、输出能量为10～1000nJ的台式装置。
所述的半反射半透过介质膜板是一块反射50％、透过50％的介质膜板。
所述的靶是一块可移动的固体靶、液体靶、或者气体靶。
所述的凹面镜是一块非球面凹面镜。
所述的靶室是一个真空室，真空度为10-5τ。
所述的沃尔特镜是由抛物面镜和双曲面镜组成的。
所述的样品是待研究的晶体或生化样品。
所述的X射线探测器是一台X射线波段的CCD相机。
本发明的技术效果如下当飞秒激光器运转之后，入射到45°半透半反射膜板上，分成强度相等的两束光A和B。A光束进入到全反射膜板构成的光学延迟中，然后经多块全反镜1入射到待测样品上。B光束经一全反射膜板，入射到靶上，产生特征X射线，被沃尔特镜聚焦后作为探测光束，当作用光束与样品作用之后产生应变，并且这种应变逐步向样品内部不断拓展，因此采用不同的延迟时间，对每一层进行常规的层析记录，就可以获得三维的应变动态过程。
本发明的超快时间分辨X射线衍射仪与在先技术相比，能够研究原子尺度的物体的瞬态过程，时间分辨率可以达到亚皮秒量级，晶格移动间分辨率可以达到m量级，特别适合于晶体材料和生物化学过程的研究，例如用此可以研究瞬态衍射，以探索生物的结构和功能关系。
图1为本发明的超快时间分辨X射线衍射仪实施例的结构原理图。
具体实施例方式
先请参阅图1，图1为本发明的超快时间分辨X射线衍射仪实施例的结构原理图，由图可见，本发明超快时间分辨X射线衍射仪的构成为包括飞秒激光系统1，在飞秒激光系统1的激光输出光路上设一半反射半透过介质膜板2，在该半反射半透过介质膜板2的透射光路依次为经由三块全反射介质膜板3，4，5构成的光学延迟线、多块反射镜8、9、11和样品14，在该半透半反射过介质膜板2的反射光路上依次为全反射介质膜板6、凹面反射镜10、靶7、沃尔特镜13和样品14，所述的凹面反射镜10和靶7同处于一靶室12内，在样品14的衍射方向设有X射线探测器15。
所述的飞秒钛宝石激光系统1是一台辐射波长为780～820nm、脉宽为5～100fs、输出能量为10～1000nJ的台式装置。
所述的半反射半透过介质膜板2是一块反射50％、透过50％的介质膜板。
所述的靶7是一块可移动的固体靶、液体靶、或者气体靶。
所述的凹面镜是一块非球面凹面镜。
所述的靶室12是一个真空室，真空度为10-5τ。
所述的沃尔特镜13是由抛物面镜和双曲面镜组成的。
所述的样品14是待研究的晶体或生化样品。
所述的X射线探测器15是一台X射线波段的CCD相机。
本实施例的靶7是一块可移动的铜靶，当飞秒钛宝石激光脉冲和其相互作用以后，将产生特征X射线Kα1和Kα2线，相应辐射波长为1.540562和1.544398。
所说的真空室12，采用3台机械泵和3台扩散泵，可使靶室内真空度达到5×10-7τ的真空室，市场内可订购。
所说的沃尔特镜13，是由两块抛物面镜和双曲面镜组成，市场有售。
本发明的超快时间分辨X射线衍射仪的工作原理和基本过程是当飞秒钛宝石激光脉冲入射到半反射半透过介质膜板2以后，分成A束和B束。A束飞秒脉冲经延迟线3、4、5和反射镜8、9、11以后，照射样品14。
B束飞秒脉冲经全反射镜6反射进入真空室12，被凹面镜10聚焦入射到固体铜靶7上，产生铜的Kα1线和Kα2线，这个X射线作为X射线源，经沃尔特镜聚焦，探测样品14被A束照明以后所产生的应变过程，在不同延迟时间内，拍摄不同X射线衍射图，再调整延迟线，就可以获得晶体动态变化过程，时间分辨率可以达到2皮秒，晶格移动空间分辨率可以达到毫埃间距。
权利要求
1.一种超快时间分辨X射线衍射仪，其特征在于它的构成为包括飞秒激光系统(1)，在飞秒激光系统(1)的激光输出光路上设一半反射半透过介质膜板(2)，在该半反射半透过介质膜板(2)的透射光路依次是由三块全反射介质膜板(3，4，5)构成的光学延迟线、多块反射镜和样品(14)，在该半透半反射过介质膜板(2)的反射光路上依次为全反射介质膜板(6)、凹面反射镜(10)、固体靶(7)、沃尔特镜(13)和样品(14)，所述的凹面反射镜(10)和固体靶(7)同处于一靶室(12)内，在样品(14)的衍射方向设有X射线探测器(15)。
2.根据权利要求1所述的超快时间分辨X射线衍射仪，其特征在于所述的飞秒钛宝石激光系统(1)是一台辐射波长为780～820nm、脉宽为5～100fs、输出能量为10～1000nJ的台式装置。
3.根据权利要求1所述的超快时间分辨X射线衍射仪，其特征在于所述的半反射半透过介质膜板(2)是一块反射50％、透过50％的介质膜板。
4.根据权利要求1所述的超快时间分辨X射线衍射仪，其特征在于所述的靶(7)是一块可移动的固体靶、液体靶、或者气体靶。
5.根据权利要求1所述的超快时间分辨X射线衍射仪，其特征在于所述的凹面镜(10)是一块非球面凹面镜。
6.根据权利要求1所述的超快时间分辨X射线衍射仪，其特征在于所述的靶室(12)是一个真空室，真空度为10-5τ。
7.根据权利要求1所述的超快时间分辨X射线衍射仪，其特征在于所述的沃尔特镜(13)是由抛物面镜和双曲面镜组成的。
8.根据权利要求1所述的超快时间分辨X射线衍射仪，其特征在于所述的样品(14)是待研究的晶体或生化样品。
9.根据权利要求1所述的超快时间分辨X射线衍射仪，其特征在于所述的X射线探测器(15)是一台X射线波段的CCD相机。
全文摘要
一种超快时间分辨X射线衍射仪，其特征在于它的构成为包括飞秒激光系统，在飞秒激光系统的激光输出光路上设一半反射半透过介质膜板，在该半反射半透过介质膜板的透射光路依次为经由三块全反射介质膜板构成的光学延迟线、多块反射镜和样品，在该半透半反射过介质膜板的反射光路上依次为全反射介质膜板、凹面反射镜、靶、沃尔特(Woltermirror)镜和样品，所述的凹面反射镜和靶同处于一靶室内，在样品的衍射方向设有X射线探测器。本发明可用于研究原子尺度的物体的瞬态过程，时间分辨率可以达到亚皮秒量级，晶格移动间分辨率可以达到m量级，特别适合于晶体材料和生物化学过程的研究。
文档编号G01N23/207GK1673725SQ20051002498
公开日2005年9月28日 申请日期2005年4月8日 优先权日2005年4月8日
发明者陈建文, 高鸿奕, 李儒新, 徐至展 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所