時間分辨X射線衍射--原子及分子結構的革命

近幾年，研究者們開始研究原子及分子結構在100飛秒的時間尺度上隨著時間的變化，而這正是原子震動的時間尺度。通過這種方法可以在原子尺度觀察物理、化學以及生物過程中的時間變化。在這個新的方法中，X射線源、飛秒激光器以及X射線光學元件都需要用到。另外，如果沒有一種新型的Kev能量范圍的光子探測器，這個實驗仍然無法實現(xiàn)。而采用集成了環(huán)形彎曲晶體的CCD可以對動態(tài)晶體衍射曲線進行同步測試。

時間分辨衍射的典型配置如圖1所示。短脈沖激光器（脈寬100fs，強度1015W/cm2）與固體物質(zhì)相互作用可以產(chǎn)生高密度等離子體薄層，等離子體中的電子可以被加速到KeV甚至MeV。加速電子與固體相互作用可以產(chǎn)生短脈沖X射線。X射線的光斑比飛秒激光器的光斑稍大一些，大約在數(shù)十微米量級。來自于X射線源的高強度輻射線，比如K?線，通過環(huán)形彎曲晶體被聚焦到研究樣品上。來滋養(yǎng)品的衍射X射線信號被Andor 背感光深耗盡型CCD DX420-BRDD采集。在X射線探測脈沖到達之前某一個時間，通過第二束激光激發(fā)樣品，通過調(diào)整兩個脈沖的時間延遲可以研究衍射信號的時間響應。

在本實驗中與其他X射線探測器相比背感光深耗盡CCD的優(yōu)點如下：
1.    由于暗噪聲很低，探測器可以設置積分時間來（1s~1000s）累計足夠多的光子
2.    記錄單光子事件。超過250000個獨立像元同步采集信號
3.    高的量子效率，對于4.5KeV的光子有大于90%的效率
4.    光子能量與探測到的電荷之間有很好的線性關系
5.    可以推算探測光子能量，即便一個光子信號分散到四個像素內(nèi)
6.    CCD相機可以很方便的在真空環(huán)境下使用