时间分辨X射线衍射--原子及分子结构的革命

近几年，研究者们开始研究原子及分子结构在100飞秒的时间尺度上随着时间的变化，而这正是原子震动的时间尺度。通过这种方法可以在原子尺度观察物理、化学以及生物过程中的时间变化。在这个新的方法中，X射线源、飞秒激光器以及X射线光学元件都需要用到。另外，如果没有一种新型的Kev能量范围的光子探测器，这个实验仍然无法实现。而采用集成了环形弯曲晶体的CCD可以对动态晶体衍射曲线进行同步测试。

时间分辨衍射的典型配置如图1所示。短脉冲激光器（脉宽100fs，强度1015W/cm2）与固体物质相互作用可以产生高密度等离子体薄层，等离子体中的电子可以被加速到KeV甚至MeV。加速电子与固体相互作用可以产生短脉冲X射线。X射线的光斑比飞秒激光器的光斑稍大一些，大约在数十微米量级。来自于X射线源的高强度辐射线，比如K线，通过环形弯曲晶体被聚焦到研究样品上。来滋养品的衍射X射线信号被Andor 背感光深耗尽型CCD DX420-BRDD采集。在X射线探测脉冲到达之前某一个时间，通过第二束激光激发样品，通过调整两个脉冲的时间延迟可以研究衍射信号的时间响应。

在本实验中与其他X射线探测器相比背感光深耗尽CCD的优点如下：
1.    由于暗噪声很低，探测器可以设置积分时间来（1s~1000s）累计足够多的光子
2.    记录单光子事件。超过250000个独立像元同步采集信号
3.    高的量子效率，对于4.5KeV的光子有大于90%的效率
4.    光子能量与探测到的电荷之间有很好的线性关系
5.    可以推算探测光子能量，即便一个光子信号分散到四个像素内
6.    CCD相机可以很方便的在真空环境下使用