高精度阿秒X-射线脉冲时间特性测量方法研究

测量阿秒脉冲强度和啁啾(频率变化)的时间分布，一直是超快速测量领域的前沿课题。时间分辨光电子能谱测量和经典解谱方法已成为实时和在线快速测量的技术瓶颈。经多年努力，我们提出了用变换方程直接、快速、高效、准确地从单（两）个光电子能谱重建阿秒X射线强度和啁啾时间特性的方法。研究表明，激光辅助阿秒X-射线光电离中有很强的量子干涉现象，它导致很多光电子能谱有用的特性和变换方程方法时间能量误差。这需要从量子力学基础上探索光电子能谱与变换方程的关系，系统地了解和定量分析量子干涉效应对测量结果和脉冲重建结果的影响。通过对脉冲重建结果的时间和能量误差快速、参数化公式修正，理论上均方根时间偏差（精度）能达到小于1阿秒，均方根能量(频率)偏差小于0.1eV。通过本项目研究，形成独具特色、完整的超快速测量新的理论和技术体系，为建设、优化和应用新一代超短X－射线脉冲光源提供实用可靠、快捷高效、高精度的测量诊断方法。

测量阿秒脉冲强度和啁啾(频率变化)的时间分布，一直是超快速测量领域的前沿课题。时间分辨光电子能谱测量和经典解谱方法已成为实时和在线快速测量的技术瓶颈。按项目的计划和要求，对X-射线脉冲时间特性测量方法进行了全面研究。获得了一批重要的原理性创新的研究成果。发明了一种直接测量阿秒X-射线脉冲时间结构的新方法；建立了光电子能谱非线性比例变换方程。用变换方程的方法，可以直接、快速、高效、准确地从单（两）个光电子能谱重建阿秒X射线强度和啁啾时间特性的方法。分析表明，阿秒X-射线脉冲时间特性测量的精度直接依赖于测量激光脉冲强度的精度。. 提出了物理关联测量激光脉冲强度、相位、时域宽度等参数的解析方程和实验数据处理方法；发明了一种高精度原位测量激光全参数的新方法。揭示了激光辅助X-射线光电离的量子增强现象，以及量子指纹现象的物理原理、能量特性和统计特性,找到了其中的不变量和线性变化量。根据这些线性变化量，发展了相关实验测量技术。通过本项目的研究，还获得了6项重要的发明专利授权。. 研究表明，飞秒激光脉冲量子指纹现象是一种有趣的物理现象，它有可靠的理论依据，实验技术可行。当一束飞秒激光脉冲与X-射线同时通过气体时，X-射线电离产生的光电子能谱会显示出与激光脉冲振荡过程相对应的结构，即激光脉冲指纹信息。光电子能谱的总体形状、精细结构和局部涨落反映了激光和X-射线光电离过程重要的量子增强、电场调制、量子干涉现象。光电子能谱包含有重要用途的能量特性和统计特性。能谱的截止能量反映了激光电场对光电子能量的调制强度、时间以及光电子之间的量子干涉。能谱的能量宽度与激光强度平方根成正比关系。能谱的光电子产额与激光脉冲时域宽度和束流半径平方值成正比。基于光电子能谱的量子指纹数据和这些线性关系，提出了激光参数（强度、相位、时间宽度）高精度实时原位测量方法。这些测量方法在科学、技术上有广泛用途，且简单、快速，激光强度范围10^12-10^18W/cm^2，理论精度最高可达万分之一。