X射线激光器

　　X射线激光器被称作自由电子激光器，这是因为，X射线具有众人皆知的穿透能力。它类似于激光放大器，输出波长在X射线波段。X射线是原子内部壳层的电子跃迁产生的光子，其光子能量非常高。

X射线激光器的发展历史

　　从20世纪70年代开始，苏联科学家F.V.本 金提出，利用电子复合到离子的高能级比复合到低能级快的特点，可以实现粒子数 反转;A.V.维诺格拉道夫提出，利用电子或者光子把离子低能级的束缚电子激发到 高能级，也可以实现粒子数反转;后来也 有人提出实现粒子数反转的其他途径。美国在实验室里研究产生X射线激光的机理，并在1984年利用高功率激光器作激励源，在实验室测到了X射线激光。
　　80年代初，美国劳伦斯·利弗莫尔研究所在内华达地下 核试验场利用小型核装置进行了一次X射 线激光的演示试验。宣称测到了波长1.4纳米、功率几百太瓦、脉宽纳秒量级的X射线 激光。当把细长的激光棒放在核装置周围， 核爆炸产生的X光照射在激光棒巨，产生了粒子数反转，沿激光棒的轴向发射了X 射线激光。利弗莫尔研究所后来又进行过 多次试验。
　　劳伦斯·利弗莫尔研究所的试验引起了美国当局的重视，在战略防御倡议计划中，把核激励X射线激光器列为研究中的定向能武器之一。设想将很多根激光棒排 放在核装置周围，在识别跟踪系统控制下， 使每根激光棒都对准各自的目标。一次核爆炸释放的光辐射能量，可同时转化为多 路X射线激光束，照射到多枚导弹壳体上， 产生冲击波，摧毁来袭的大规模齐射核导弹，也可用来打击天基平台和扫除轻质诱 饵。这种X射线激光器只能在高空使用，如果研制成功，将具有重量轻、可瞬时发射等 优点。存在的主要问题是激光发散角大，核 爆炸能量利用率低。
　　经过多年努力，美国劳伦斯·利弗莫尔研究所在提高核爆炸能量 利用率和用等离子体透镜减小激光发散角 两方面均未取得明显进展。1991年，美国 国会己决定将该计划从“战略防御倡议”计 划中作为助推段拦截的主要手段的目标， 转变成基础科学研究项目。
　　heiili X shexiQn liguangqi 核激励x射线激光器(x一ray laser pumped by nuclear explosion)用核爆炸产生的X射线激励激光工作物质，使其产生X射线激光的装置。X射线激光的特点是 波长短、辐射亮度高、脉冲窄和方向性强。核激励X射线激光是一种等离子体激光。它通常是原子或高度电离的离子内壳层电子，在受激辐射过程中(需要很强的泵浦源)产生的相干辐射。核爆炸产生的高温辐射，经过适当的波谱变换可成为理想的 泵浦源。把X射线激光工作物质做成细长的丝(即激光棒)放在核装置周围，核爆炸时，激光棒在很短时间内吸收足够多的光 辐射能量，变成高温等离子体状态，使处于高激发态的离子数大于低激发态离子数，形成粒子数反转，当增益达到一定程度时， 便发射X射线激光，沿激光棒的轴向传播。粒子数反转是发射激光的必要条件。

X射线激光器的基本原理

　　Ｘ射线激光器被称作自由电子激光器。与传统激光器不同，自由电子激光器并不是通过光照或电流刺激某种物质发射光子，而是使用粒子加速器让极小的电子云穿过磁铁组，这些磁铁把电子推来推去，直到电子释放出光脉冲。传统激光器的激光波长是由发射光子的物质本身的属性决定，而自由电子激光器理论上只需改变电子的能量和磁铁组的排列就可发出各种波长的激光。

X射线激光器的类型

　　核激励Ｘ射线激光器
　　用核爆炸产生的强Ｘ射线照射激光工作物质使之形成等离子体、产生Ｘ射线激光的装置。Ｘ射线激光的特点是波长短，在特定方向上有极高的辐亮度。因而核激励Ｘ射线激光器被作为探索研究中的定向能武器之一。核爆炸时，布置在其周围的激光工作物质（一般制成细长的丝）吸收大量辐射能量，成为高温等离子体状态。在一定条件下，通过某种机制，处于低能级的束缚电子被激发到高能级，使高激发态的离子数大于低激发态离子数，形成所谓粒子数反转。这时由于辐射的受激过程，工作介质对一定波长的Ｘ射线具有放大作用。当达到一定程度时便发射Ｘ射线激光，沿激光棒轴向传播。
　　软X射线波段激光器
　　软X射线波段激光器的激光介质主要是使用激光等离子体，已有很多实验室通过电子碰撞泵浦与复合反转，实现了激光等离子体介质中的自发辐射放大。为了使X波段的激光获得广泛应用，努力提高其相干度、压缩线宽是十分必要的。另一个重要的研究方向是获得所谓的“水窗”波段激光，即2.33～4.36nm波长范围的激光，它将为X射线全息术、生物光子学技术等提供有力的工具。为了获得更短波长的激光，显然，要靠更深层次电子的激发，因此需要短波长的脉冲激光器作为X射线激光的驱动器。

最强X射线激光器

　　位于美国斯坦福直线加速器中心（SLAC）国家加速器实验室内、迄今世界最强大的X射线激光器