RU2802925C1 - Microfocus x-ray source - Google Patents

Microfocus x-ray source Download PDF

Info

Publication number
RU2802925C1
RU2802925C1 RU2023100879A RU2023100879A RU2802925C1 RU 2802925 C1 RU2802925 C1 RU 2802925C1 RU 2023100879 A RU2023100879 A RU 2023100879A RU 2023100879 A RU2023100879 A RU 2023100879A RU 2802925 C1 RU2802925 C1 RU 2802925C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser
radiation
target
ray
microfocus
Prior art date
Application number
RU2023100879A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алена Андреевна Гарматина
Никита Владимирович Минаев
Владимир Исаакович Юсупов
Виктор Евгеньевич Асадчиков
Вячеслав Михайлович Гордиенко
Даниил Владимирович Мясников
Андрей Игоревич Баранов
Андрей Сергеевич Арсеньев
Юрий Меерович Дымшиц
Ирина Геннадьевна Дьячкова
Original Assignee
Федеральное государственное учреждение "Федеральный научно-исследовательский центр "Кристаллография и фотоника" Российской академии наук"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное учреждение "Федеральный научно-исследовательский центр "Кристаллография и фотоника" Российской академии наук" filed Critical Федеральное государственное учреждение "Федеральный научно-исследовательский центр "Кристаллография и фотоника" Российской академии наук"
Application granted granted Critical
Publication of RU2802925C1 publication Critical patent/RU2802925C1/en

Links

Abstract

FIELD: X-ray microscopy.
SUBSTANCE: invention can be used to create a projection X-ray microscope for non-destructive testing and diagnostics of structures and processes with high resolution. In a microfocus X-ray source containing a femtosecond laser, a mirror, a lens mounted on a positioner equipped with a motor, a target and a radiation detector, a dielectric mirror is installed along the laser beam, which reflects the infrared radiation of the laser towards the target and transmits visible radiation towards the digital camera, behind the mirror in the direction of infrared radiation, there is a lens equipped with a nozzle for blowing gas, behind which, in the direction of infrared radiation, a disk-shaped target is placed on the positioner. The target faces the radiation with its side surface and performs rotational and reciprocating motion in the direction of the rotation axis. The laser, digital camera, X-ray detector and positioner motor are connected to the control computer.
EFFECT: enabling the creation of a projection X-ray microscope for non-destructive testing and diagnostics of structures and processes with high resolution.
5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к микроскопии, а именно к рентгеновской микроскопии и может применяться, например, для создания проекционного рентгеновского микроскопа для проведения неразрушающего контроля и диагностики структур и процессов с высоким разрешением.The invention relates to microscopy, namely to X-ray microscopy and can be used, for example, to create a projection X-ray microscope for non-destructive testing and diagnostics of structures and processes with high resolution.

Известны рентгеновские трубки, которые используются в качестве источников рентгеновского излучения для задач получения изображений изучаемых объектов. Основным недостатком таких устройств является большой размер области генерации (~20 мкм), низкая яркость (107-109 фотон/с/мм2/мрад2) и короткий срок службы [1]X-ray tubes are known that are used as sources of X-ray radiation for the task of obtaining images of objects under study. The main disadvantage of such devices is the large size of the lasing region (~20 μm), low brightness (10 7 -10 9 photons/s/mm 2 /mrad 2 ) and short service life [1]

Известны лазерно-плазменные источники рентгеновского излучения, в которых лазерное излучение фемтосекундной длительности (~200 фс) сверхвысокой интенсивности (>1016 Вт/см2) фокусируется на постоянно обновляемую поверхность мишени [2]Laser-plasma X-ray sources are known, in which laser radiation of femtosecond duration (~200 fs) of ultra-high intensity (>10 16 W/cm 2 ) is focused onto a constantly renewed target surface [2]

В этих источниках рентгеновского излучения энергия фемтосекундного лазера преобразуется в рентгеновское излучение, испускаемое из фокального пятна микроскопического размера. Основным недостатком известного устройства являются то, что для обеспечения работы источника рентгеновского излучения необходим вакуум, что увеличивает габариты источника, а также время, необходимое для подготовки источника к работе.These X-ray sources convert femtosecond laser energy into X-rays emitted from a microscopic-sized focal spot. The main disadvantage of the known device is that to ensure the operation of the X-ray source, a vacuum is required, which increases the size of the source, as well as the time required to prepare the source for operation.

Указанного недостатка лишено устройство, которое по числу совпадающих существенных признаков выбрано в качестве прототипа [3]. Устройство, представляющее собой микрофокусный рентгеновский источник содержит фемтосекундный лазер, зеркало, объектив, установленную на позиционере, снабженном двигателем, мишень и детектор излучения.The device, which, based on the number of matching essential features, was chosen as a prototype [3] does not have this drawback. The device, which is a microfocus X-ray source, contains a femtosecond laser, a mirror, a lens mounted on a positioner equipped with a motor, a target and a radiation detector.

Для своей работы известное устройство не требует вакуума. Оно содержит фемтосекундный лазер, излучение от которого с помощью зеркал попадает на объектив и фокусируется на поверхности мишени, установленной на позиционере с двигателем. За счет достаточно острой фокусировки лазерного излучения удалось существенно уменьшать потери на ионизацию воздуха, что позволило довести до мишени интенсивность, достаточную для генерации относительно большого потока фотонов - 107 фотонов в 2 пи стерео радиан в секунду.The known device does not require a vacuum to operate. It contains a femtosecond laser, the radiation from which, using mirrors, hits the lens and is focused on the surface of the target mounted on a positioner with a motor. Due to the fairly sharp focusing of laser radiation, it was possible to significantly reduce losses due to air ionization, which made it possible to bring to the target an intensity sufficient to generate a relatively large flux of photons - 10 7 photons in 2 pi stereo radians per second.

Основными недостатками известного устройства является сравнительно большой диаметр рентгеновского источника (~ в 2,5 раза больше лазерного), а также сравнительно низкий поток фотонов (~10 фотонов в 2 пи стерео радиан в секунду). Кроме того, в известном устройстве для генерации рентгеновского излучения используется громоздкая лазерная система с параметрами: энергия в импульсе Е=1 мДж, длительность импульса τ=35 фс, частота импульсов ƒ=1 кГц, длина волны λ=800 нм. Помимо этого, в известном устройстве не обеспечивается необходимая стабильность работы, поскольку воздействие сфокусированным лазерным излучением производится на фронтальную поверхность вращающейся мишени в виде диска. В этом случае, при изменении расстояния от точки фокусировки до центра вращения диска скорость смещения поверхности диска относительно оптической оси значительно меняется, что приводит к изменению характеристик генерируемого рентгеновского излучения.The main disadvantages of the known device are the relatively large diameter of the X-ray source (~ 2.5 times larger than the laser source), as well as the relatively low photon flux (~ 10 photons per 2 pi stereo radians per second). In addition, the known device for generating X-ray radiation uses a bulky laser system with the following parameters: pulse energy E=1 mJ, pulse duration τ=35 fs, pulse frequency ƒ=1 kHz, wavelength λ=800 nm. In addition, the known device does not provide the necessary stability of operation, since the impact of focused laser radiation is carried out on the front surface of a rotating target in the form of a disk. In this case, when the distance from the focusing point to the center of rotation of the disk changes, the speed of displacement of the disk surface relative to the optical axis changes significantly, which leads to a change in the characteristics of the generated X-ray radiation.

Задачей предлагаемого изобретения является создание компактного спектрально - яркого вневакуумного лазерно-плазменного микрофокусного источника рентгеновского излучения с малым диаметром рентгеновского источника (не более 6 мкм), высокой стабильностью, большим потоком фотонов в секунду (более 108 фотонов в 2 пи стерео радиан в секунду), достигающимся за счет высокой частоты генерации импульсов и использующего коммерчески доступный волоконный лазер.The objective of the present invention is to create a compact spectrally bright extra-vacuum laser-plasma microfocus X-ray source with a small diameter of the X-ray source (no more than 6 μm), high stability, high photon flux per second (more than 10 8 photons in 2 pi stereo radians per second) , achieved through high frequency pulse generation and using a commercially available fiber laser.

Техническим результатом является возможность создания проекционного рентгеновского микроскопа для проведения неразрушающего контроля и диагностики структур и процессов с высоким разрешением.The technical result is the possibility of creating a projection X-ray microscope for non-destructive testing and diagnostics of structures and processes with high resolution.

Поставленные техническая задача и результат достигаются в результате того, что в микрофокусном рентгеновском источнике, содержащем фемтосекундный лазер, зеркало, объектив, установленную на позиционере, снабженном двигателем, мишень и детектор излучения, по ходу лазерного луча установлено зеркало, которое отражает излучение лазера в сторону мишени и пропускает излучение видимого диапазона в сторону цифровой камеры, за зеркалом по ходу инфракрасного излучения размещен объектив, снабженный устройством подачи газа в область лазерного воздействия, за которым по ходу лазерного луча размещена на позиционере мишень в форме диска, причем к излучению она обращена боковой поверхностью и совершает вращательное и возвратно поступательное движение в направлении оси вращения, лазер, цифровая камера, детектор рентгеновского излучения и двигатель позиционера подключены к компьютеризированному блоку управления.The stated technical task and result are achieved as a result of the fact that in a microfocus X-ray source containing a femtosecond laser, a mirror, a lens mounted on a positioner equipped with a motor, a target and a radiation detector, a mirror is installed along the laser beam, which reflects the laser radiation towards the target and transmits radiation of the visible range towards the digital camera; behind the mirror, along the infrared radiation, there is a lens equipped with a device for supplying gas to the laser irradiation area, behind which, along the path of the laser beam, a disk-shaped target is placed on the positioner, with its side surface facing the radiation and rotates and reciprocates in the direction of the rotation axis, the laser, digital camera, x-ray detector and positioner motor are connected to a computerized control unit.

В качестве фемтосекундного лазера использован импульсный волоконный лазер с частотой 100 кГц - 2 МГц и энергией импульса до 25 мкДж, а в качестве газа, поступающего в область лазерного воздействия используют инертные газы, азот или воздух. Мишень может быть выполнена из меди, либо из иного металла, предшествующего меди по атомному номеру, включая алюминий, титан, ванадий, хром, железо, кобальт, никель. Сопло имеет систему микроканалов и изготовляется с помощью 3Д принтера.A pulsed fiber laser with a frequency of 100 kHz - 2 MHz and a pulse energy of up to 25 μJ is used as a femtosecond laser, and inert gases, nitrogen or air are used as the gas entering the laser irradiation area. The target can be made of copper or of another metal preceding copper in atomic number, including aluminum, titanium, vanadium, chromium, iron, cobalt, nickel. The nozzle has a system of microchannels and is manufactured using a 3D printer.

В предлагаемом устройстве может быть применен коммерчески доступный волоконный лазер с частотой 100 кГц - 2 МГц, его излучение фокусируется на боковую поверхность вращающейся мишени в виде диска, область лазерного воздействия обдувается потоком сжатого воздуха или инертного газа, контроль за областью лазерного воздействия осуществляется с использованием цифровой камеры и детектора рентгеновского излучения.The proposed device can use a commercially available fiber laser with a frequency of 100 kHz - 2 MHz, its radiation is focused on the lateral surface of a rotating target in the form of a disk, the laser irradiation area is blown with a stream of compressed air or inert gas, the laser irradiation area is controlled using a digital camera and X-ray detector.

Существо изобретения поясняется на фигурах.The essence of the invention is illustrated in the figures.

Фиг. 1 - схема устройства;Fig. 1 - device diagram;

Фиг. 2 - график рентгеновского спектра меди;Fig. 2 - graph of the X-ray spectrum of copper;

Фиг. 3 - график выхода рентгеновского излучения за 0,1 с в зависимости от итерации измерения.Fig. 3 - graph of X-ray output for 0.1 s depending on the measurement iteration.

Устройство содержит волоконный лазер 1, за которым по ходу излучения размещено зеркало 2, которое отражает рентгеновское излучение в объектив 3. Это излучение попадает на мишень 4, снабженную трехкоординатным позиционером 5 с двигателем 6. Комбинация двигателя с позиционером обеспечивает вращение мишени и возвратно-поступательное перемещение направлении оси вращения. За зеркалом 2 в направлении противоположном ходу инфракрасного излучения размещена цифровая камера 7.The device contains a fiber laser 1, behind which a mirror 2 is placed along the radiation path, which reflects X-ray radiation into a lens 3. This radiation hits a target 4 equipped with a three-coordinate positioner 5 with a motor 6. The combination of the motor and the positioner ensures rotation of the target and reciprocating movement direction of the axis of rotation. Behind mirror 2, in the direction opposite to the direction of infrared radiation, a digital camera 7 is placed.

Мишень 4 обращена к объективу боковой стороной. Лазерное излучение инфракрасного диапазона, поступая на боковую поверхность мишени, вызывает рентгеновское излучение 8 из области воздействия. Для контроля и управления работой устройства применен компьютер 9. Рентгеновское излучение 8 фиксируется посредством датчика 10. Объектив 3 снабжен соплом 11, в которое из устройства 12 подают инертный газ или воздух. Лазер 1, позиционер 5, цифровая камера 7 и датчик рентгеновского излучения 10 подключены к компьютеру 9.Target 4 faces the side of the lens. Laser radiation in the infrared range, arriving at the side surface of the target, causes X-ray radiation 8 from the area of influence. To monitor and control the operation of the device, a computer 9 is used. X-ray radiation 8 is detected by a sensor 10. The lens 3 is equipped with a nozzle 11, into which inert gas or air is supplied from the device 12. Laser 1, positioner 5, digital camera 7 and X-ray sensor 10 are connected to computer 9.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Излучение фемтосекундного волоконного лазера 1, после отражения от зеркала 2 попадает на объектив 3 и фокусируется на боковой поверхности мишени 4, установленной на многокоординатном моторизированном позиционере 5 с установленным сверху двигателем 6, который обеспечивает постоянное вращение мишени 4. Размер лазерного пятна и его положение на поверхности мишени 4 контролируются с помощью цифровой камеры 7. В результате воздействия лазерного излучения происходит генерация рентгеновского излучения 8 в широком телесном угле, которое регистрируется на управляющем компьютере 9 с помощью детектора рентгеновского излучения 10. На объективе 3 устанавливается сопло 11 для обдува области лазерного воздействия на поверхности мишени инертным газом или воздухом с помощью системы подачи 12.The radiation from the femtosecond fiber laser 1, after reflection from the mirror 2, hits the lens 3 and is focused on the side surface of the target 4 mounted on a multi-axis motorized positioner 5 with a motor 6 mounted on top, which ensures constant rotation of the target 4. The size of the laser spot and its position on the surface targets 4 are monitored using a digital camera 7. As a result of exposure to laser radiation, X-ray radiation 8 is generated in a wide solid angle, which is recorded on the control computer 9 using an X-ray detector 10. A nozzle 11 is installed on the lens 3 to blow the laser irradiation area on the surface targets with inert gas or air using a supply system 12.

Достижение заявленного технического результата, а именно, получение стабильного рентгеновского излучения с высокой частотой (100 кГц - 2 МГц), происходит в результате использования волоконного фемтосекундного лазера с частотой 100 кГц - 2 МГц и острой фокусировки лазерного излучения на боковую поверхность вращающейся мишени в виде диска, при этом область лазерного воздействия обдувается потоком сжатого воздуха или инертного газа, а контроль за областью лазерного воздействия осуществляется с использованием цифровой камеры и детектора рентгеновского излучения, подключенных к управляющему компьютеру.Achieving the stated technical result, namely, obtaining stable X-ray radiation with a high frequency (100 kHz - 2 MHz), occurs as a result of using a femtosecond fiber laser with a frequency of 100 kHz - 2 MHz and sharp focusing of laser radiation on the lateral surface of a rotating target in the form of a disk , in this case, the laser impact area is blown with a stream of compressed air or inert gas, and the laser impact area is monitored using a digital camera and an X-ray detector connected to a control computer.

В отличие от прототипа, предлагаемое устройство основано на применении более простого в использовании компактного волоконного фемтосекундного лазера с частотой 0,1-2 МГц, при этом его излучение фокусируется не на фронтальную, а на боковую поверхность вращающейся и перемещаемой вдоль оси вращения мишени. Для уменьшения влияния образующейся в воздухе плазмы, область лазерного воздействия на поверхности мишени обдувается инертным газом. Обдув инертным газом позволял также защитить объектив от аблированных частиц, и осуществить замену воздуха на газовую среду с большим потенциалом ионизации для уменьшения потерь по энергии на ионизацию газовой среды и увеличение потока рентгеновских фотонов.Unlike the prototype, the proposed device is based on the use of an easier-to-use compact femtosecond fiber laser with a frequency of 0.1-2 MHz, while its radiation is focused not on the front, but on the side surface of a target rotating and moving along the axis of rotation. To reduce the influence of plasma formed in the air, the laser irradiation area on the target surface is blown with an inert gas. Blowing with an inert gas also made it possible to protect the lens from ablated particles, and to replace the air with a gaseous medium with a high ionization potential to reduce energy losses due to ionization of the gaseous medium and increase the flux of X-ray photons.

Конкретное оформление заявляемого устройства, а именно, лазер, диэлектрическое зеркало, объектив, многокоординатный моторизированный позиционер, двигатель, линза, сопло, система подачи воздуха или инертного газа, цифровая камера, детектор рентгеновского излучения и управляющий компьютер могут быть стандартными. Характеристики импульсного лазера (длина волны, длительность и частота импульсов, энергия в импульсе, параметры лазерного пучка), а также размер, материал мишени, скорости ее вращения и перемещения вдоль оси вращения зависят от поставленной задачи.The specific design of the claimed device, namely, a laser, a dielectric mirror, a lens, a multi-axis motorized positioner, a motor, a lens, a nozzle, an air or inert gas supply system, a digital camera, an X-ray detector and a control computer can be standard. The characteristics of a pulsed laser (wavelength, duration and frequency of pulses, energy in a pulse, parameters of the laser beam), as well as the size and material of the target, the speed of its rotation and movement along the rotation axis depend on the task at hand.

Авторами был изготовлен образец микрофокусного рентгеновского источника. Использовался фемтосекундный иттербиевый волоконный лазер YLPF-10-400-20-R с центральной длиной волны λ=1030 нм, частотой следования импульсов 100 кГц - 2, максимальной энергией в импульсе - до E=20 мкДж, максимальной средней мощностью 20 Вт, длительностью импульсов τ=330 фс, обеспечивающий качество излучения М2=1.5. Диаметр пучка на выходе из головки лазера составлял 2 мм, который затем с помощью телескопирующей системы увеличивался до диаметра D=8 мм. Лазерный источник имел возможность использования режима модуляции серий импульсов, когда вместо одиночного импульса генерируется "пачка" импульсов (до 16 шт. с частотой 14 МГц), воспроизводимая с задаваемой частотой (от 100 до 170 кГц). В качестве объектива использовался 20Х микроскопический объектив (PAL-20-NIR-HR-LC00, OptoSigma) с NA=0.45 и фокусным расстоянием ƒ=1 см. Сигнал второй оптической гармоники лазерного излучения, возникающий в области лазерного воздействия на мишень, регистрировался цифровой видеокамерой (XFCAM1080PHB, ToupTek). В качестве мишени использовался медный диск диаметром 5 см и толщиной 1 см. Диск устанавливался на оси бесколлекторного мотора (Т-motor Antigravity 4004 KV400), обеспечивающего его вращение с частотой порядка 2500 об/с. В качестве многокоординатной моторизированного позиционера использовалась 5-координатная подвижка, позволяющая перемещать образец по 3 координатам (X, Y, Z) и наклонять в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. В качестве сопла, устанавливаемого на объективе, использовался пластиковый кожух с системой каналов, изготовленный с помощью трехмерной печати. Через сопло в сторону мишени в область лазерного воздействия на мишени осуществлялся поддув сжатого воздуха или инертного газа.The authors manufactured a sample of a microfocus X-ray source. A femtosecond ytterbium fiber laser YLPF-10-400-20-R was used with a central wavelength λ=1030 nm, pulse repetition rate 100 kHz - 2, maximum pulse energy - up to E=20 μJ, maximum average power 20 W, pulse duration τ=330 fs, providing radiation quality M 2 =1.5. The diameter of the beam at the exit from the laser head was 2 mm, which was then increased to a diameter of D=8 mm using a telescoping system. The laser source had the ability to use the modulation mode of pulse series, when instead of a single pulse, a “pack” of pulses is generated (up to 16 pcs. with a frequency of 14 MHz), reproduced at a specified frequency (from 100 to 170 kHz). The lens used was a 20X microscopic lens (PAL-20-NIR-HR-LC00, OptoSigma) with NA=0.45 and focal length ƒ=1 cm. The signal of the second optical harmonic of laser radiation, arising in the area of laser action on the target, was recorded by a digital video camera (XFCAM1080PHB, ToupTek). A copper disk with a diameter of 5 cm and a thickness of 1 cm was used as a target. The disk was mounted on the axis of a brushless motor (T-motor Antigravity 4004 KV400), ensuring its rotation at a frequency of about 2500 rps. A 5-axis slider was used as a multi-axis motorized positioner, allowing the sample to be moved along 3 coordinates (X, Y, Z) and tilted in two mutually perpendicular planes. The nozzle mounted on the lens was a plastic casing with a channel system made using 3D printing. Through the nozzle towards the target, compressed air or inert gas was blown into the area of laser action on the target.

Согласно выполненной оценке по известному соотношению для фокусировки Гауссовских пучков радиус перетяжки лазерного излучения на поверхности мишени составлял ω0=(2⋅М2⋅ƒ)/(π⋅D)=1,6 мкм. При этом максимальная интенсивность на поверхности мишени при энергии лазерного импульса E=20 мкДж составляла I=E/(2τω0 2)=20е-6/(2*330е-15*1.6е-42)=1.2⋅1015 Вт/см2.According to the estimate made using the known relationship for focusing Gaussian beams, the waist radius of laser radiation on the target surface was ω 0 =(2⋅М 2 ⋅ƒ)/(π⋅D)=1.6 μm. In this case, the maximum intensity on the target surface at laser pulse energy E=20 μJ was I=E/(2τω 0 2 )=20е-6/(2*330е-15*1.6е-4 2 )=1.2⋅10 15 W/ cm 2 .

Исследование боковой поверхности мишени с помощью сканирующего электронного микроскопа показало, что в результате лазерного воздействия на ней образуются кратеры диаметром около 3-5 мкм. Так как порог абляции меньше порога генерации рентгеновского излучения, то данный размер является оценкой сверху по диаметру источника рентгеновского излучения. Использование указанных параметров лазерного излучения привело к генерации импульсов рентгеновского излучения, зарегистрированных датчиком рентгеновского излучения.An examination of the side surface of the target using a scanning electron microscope showed that as a result of laser exposure, craters with a diameter of about 3-5 microns are formed on it. Since the ablation threshold is less than the X-ray generation threshold, this size is an upper estimate based on the diameter of the X-ray source. The use of these parameters of laser radiation led to the generation of X-ray pulses recorded by an X-ray sensor.

Из рассмотрения графиков на фиг. 2 и 3 следует, что предлагаемое устройство обеспечивает стабильную генерацию импульсов рентгеновского излучения со следующими параметрами: ~108 фотонов в 2 пи стерадиан в секунду при использовании режима пачек импульсов (16 шт. в пачке), следующих с частотой 170 кГц, и средней мощности излучения порядка 16 Вт.From consideration of the graphs in Fig. 2 and 3 it follows that the proposed device provides stable generation of X-ray pulses with the following parameters: ~10 8 photons at 2 pi steradians per second when using the pulse burst mode (16 pcs per burst), following with a frequency of 170 kHz, and average power radiation of about 16 W.

Проведенные испытания также показали, что созданное устройство обеспечивает стабильную генерацию импульсов рентгеновского излучения с частотой 100 кГц - 2000 кГц, а также в режиме пачек импульсов (16 импульсов в пачке) с частотой следования пачек 100-170 кГц) с нестабильностью порядка 10%. Таким образом, заявленный технический результат полностью достигнут и это подтверждает промышленную применимость изобретения.The tests also showed that the created device provides stable generation of X-ray pulses with a frequency of 100 kHz - 2000 kHz, as well as in pulse burst mode (16 pulses per burst) with a repetition rate of bursts of 100-170 kHz) with an instability of about 10%. Thus, the declared technical result has been fully achieved and this confirms the industrial applicability of the invention.

Источники информацииInformation sources

1. URL: http://www.svetlana-x-ray.ru/production-list.html?cid=11).1. URL: http://www.svetlana-x-ray.ru/production-list.html?cid=11).

2. J. A. Chakera, A. Ali, Y. Y. Tsui, and R. Fedosejevs, "A continuous kilohertz Cu Kα source produced by submillijoule femtosecond laser pulses for phase contrast imaging," Appl. Phys. Lett, vol. 93, no. 26, pp. 2008-2010, 2008, doi: 10.1063/1.3046727.2. J. A. Chakera, A. Ali, Y. Y. Tsui, and R. Fedosejevs, “A continuous kilohertz Cu Kα source produced by submillijoule femtosecond laser pulses for phase contrast imaging,” Appl. Phys. Lett, vol. 93, no. 26, pp. 2008-2010, 2008, doi: 10.1063/1.3046727.

3. L. Martin et al., "Improved stability of a compact vacuum-free laser-plasma X-ray source," High Power Laser Sci. Eng., vol. 8, p. e18, May 2020, doi: 10.1017/hpl.2020.15.).3. L. Martin et al., “Improved stability of a compact vacuum-free laser-plasma X-ray source,” High Power Laser Sci. Eng., vol. 8, p. e18, May 2020, doi: 10.1017/hpl.2020.15.).

Claims (5)

1. Микрофокусный рентгеновский источник, содержащий фемтосекундный лазер инфракрасного диапазона, зеркало, объектив, установленную на позиционере, снабженном двигателем, мишень и детектор излучения, отличающийся тем, что по ходу лазерного луча установлено зеркало, которое отражает излучение лазера в сторону мишени и пропускает излучение видимого диапазона в сторону цифровой камеры, за зеркалом по ходу инфракрасного излучения размещен объектив, снабженный устройством подачи газа в область лазерного воздействия, за которым по ходу лазерного луча размещена на позиционере мишень в форме диска, причем к излучению она обращена боковой поверхностью и совершает вращательное и возвратно-поступательное движение в направлении оси вращения, лазер, цифровая камера, детектор рентгеновского излучения и двигатель позиционера подключены к компьютеризированному блоку управления.1. A microfocus X-ray source containing an infrared femtosecond laser, a mirror, a lens mounted on a positioner equipped with a motor, a target and a radiation detector, characterized in that a mirror is installed along the laser beam, which reflects the laser radiation towards the target and transmits visible radiation range towards the digital camera, behind the mirror along the infrared radiation there is a lens equipped with a device for supplying gas to the laser irradiation area, behind which a disk-shaped target is placed on the positioner along the laser beam, with its side surface facing the radiation and rotating and reciprocating - translational movement in the direction of the rotation axis, laser, digital camera, X-ray detector and positioner motor are connected to a computerized control unit. 2. Микрофокусный рентгеновский источник по п. 1, отличающийся тем, что в качестве фемтосекундного лазера использован импульсный волоконный лазер с частотой 100 кГц - 2 МГц и энергией импульса до 25 мкДж.2. Microfocus X-ray source according to claim 1, characterized in that a pulsed fiber laser with a frequency of 100 kHz - 2 MHz and a pulse energy of up to 25 μJ is used as a femtosecond laser. 3. Микрофокусный рентгеновский источник по п. 1, отличающийся тем, что в качестве газа, поступающего в область лазерного воздействия, используют инертные газы, азот или воздух.3. Microfocus X-ray source according to claim 1, characterized in that inert gases, nitrogen or air are used as the gas entering the laser irradiation area. 4. Микрофокусный рентгеновский источник по п. 1, отличающийся тем, что мишень выполнена из меди либо из иного металла, предшествующего меди по атомному номеру, включая алюминий, титан, ванадий, хром, железо, кобальт, никель.4. Microfocus X-ray source according to claim 1, characterized in that the target is made of copper or another metal preceding copper in atomic number, including aluminum, titanium, vanadium, chromium, iron, cobalt, nickel. 5. Микрофокусный рентгеновский источник по п. 1, отличающийся тем, что сопло имеет систему микроканалов и изготовляется с помощью 3Д принтера.5. Microfocus X-ray source according to claim 1, characterized in that the nozzle has a system of microchannels and is manufactured using a 3D printer.
RU2023100879A 2023-01-17 Microfocus x-ray source RU2802925C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2802925C1 true RU2802925C1 (en) 2023-09-05

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2253194C2 (en) * 2000-10-16 2005-05-27 Саймер, Инк. Radiation source built around plasma focus with improved switching-mode supply system
RU2670273C2 (en) * 2017-11-24 2018-10-22 Общество с ограниченной ответственностью "РнД-ИСАН" Device and method for emission generation from laser plasma
WO2019125502A1 (en) * 2017-12-23 2019-06-27 Lumacyte LLC Microfluidic chip device for optical force measurements and cell imaging using microfluidic chip configuration and dynamics
US10588210B1 (en) * 2018-08-14 2020-03-10 Isteq B.V. High brightness short-wavelength radiation source (variants)

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2253194C2 (en) * 2000-10-16 2005-05-27 Саймер, Инк. Radiation source built around plasma focus with improved switching-mode supply system
RU2670273C2 (en) * 2017-11-24 2018-10-22 Общество с ограниченной ответственностью "РнД-ИСАН" Device and method for emission generation from laser plasma
WO2019125502A1 (en) * 2017-12-23 2019-06-27 Lumacyte LLC Microfluidic chip device for optical force measurements and cell imaging using microfluidic chip configuration and dynamics
US10588210B1 (en) * 2018-08-14 2020-03-10 Isteq B.V. High brightness short-wavelength radiation source (variants)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
L. MARTIN, Improved stability of a compact vacuum-free laser-plasma X-ray source, High Power Laser Sci. Eng., vol. 8, p. e18, May 2020. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI690243B (en) Extreme ultraviolet light (euv) source and method of generating euv light
JP3943089B2 (en) Method and apparatus for generating X-ray radiation or extreme ultraviolet radiation
US9295147B2 (en) EUV light source using cryogenic droplet targets in mask inspection
TWI636342B (en) Target for extreme ultraviolet light source
US11096266B2 (en) Target expansion rate control in an extreme ultraviolet light source
JP2017506357A (en) Extreme ultraviolet light source
US9713240B2 (en) Stabilizing EUV light power in an extreme ultraviolet light source
WO2020216950A1 (en) High brightness laser-produced plasma light source
WO2006108479A1 (en) Laser x-ray source apparatus and target used therefore
US20060098781A1 (en) Method and apparatus for nanoscale surface analysis using soft X-rays
US20070019789A1 (en) Systems and methods for achieving a required spot says for nanoscale surface analysis using soft x-rays
RU2802925C1 (en) Microfocus x-ray source
JP2506556B2 (en) Laser etching method and apparatus thereof
JP2007216018A (en) X-ray computed tomography apparatus
JP3790814B2 (en) Method and apparatus for removing scattered matter in X-ray irradiation apparatus
JP6010438B2 (en) Quantum beam generating apparatus, quantum beam generating method, and laser fusion apparatus
CN114624959A (en) High-efficiency extreme ultraviolet radiation generation method and system
Hansson et al. Liquid-xenon-jet laser-plasma source for EUV lithography
JP2002323598A (en) X-ray condensing method and device by laser induced plasma
GB2268802A (en) Photo-electron spectroscopy apparatus
Pulkin et al. Interaction of powerful repetition rate femtosecond laser pulses with selfproducted copper nanostructures
JP2005346962A (en) Hard x-ray generating method and device
Sun et al. Ultrafast laser micromachining with a liquid film
JP2003210453A (en) X-ray ct apparatus
WO2006135928A2 (en) Systems and methods for achieving a required spot says for nanoscale surface analysis using soft x-rays