中文摘要：

在基频飞秒激光脉冲与固体靶相互作用时,由于基频光的信噪比较低，脉冲前沿会在固体靶表面形成密度标长为微米量级的预等离子体。加上过短的脉冲宽度不利于共振吸收的有效激发，使在这种条件下超热电子的产生会有两种以上的机制，从而不利于对超热电子及其产生的硬X射线的能谱进行有效地控制，使得这种硬X射线源在医学成像中的应用前景受到限制。如果采用倍频后的高信噪比飞秒脉冲，电子会在真空加热机制的作用下得到的加速，这会使K-alpha射线的产生效率提高。同时通过改变激光脉冲的能量，脉冲宽度和脉冲形状，可以对超热电子的能量进行有效地控制，从而实现对硬X射线能谱的调谐。加上极短的脉冲与等离子体作用时间，非Maxwell分布的能谱会呈现高能截断，如进一步采用薄膜靶对这种高能截断进行强化，将使这种高信噪比的可调谐硬X射线源非常适合应用于医学透视成像和CT。

结论摘要：

基于激光的硬X射线源在成像领域具有挑战第三代同步辐射源的一些优势，但目前它遇到转换效率饱和以及单色性差等困难。本项在相对论激光强度下，对经过倍频的超短脉冲强激光与固体Cu靶相互作用中产生的Ka射线进行了实验和理论研究。实验结果表明，使用高信噪比的激光可以高效地激发相对论条件下的"真空加热"机制，由这种机制加热的超热电子的数量、能量及角度分布更加利于在Cu靶中激发Ka光子。和基频光相比，倍频的高信噪比激光所产生的Ka光子的转换效率提高了2倍以上，并且转换效率没有出现在高激光强度区域的饱和现象，从而克服了基频光在硬X射线产生中的饱和困难。我们还发现Ka光子的转换效率与高信噪比激光的脉冲形状关系密切，采用负啁啾的激光脉冲可以进一步优化真空加热的效率，使Ka光子的转换效率达到4x10^-4的程度，这是目前世界上同类实验的最高值。通过连续的调节压缩光栅的间距以精确地调节激光脉冲的形状进而控制超热电子和X射线的产生，可以成为飞秒激光等离子体物理的一种新的控制方法。另外，由高信噪比激光产生的X射线能抑制韧致辐射本底和高能光子的产生，具有更小的源尺寸，非常利于这个光源在成像中的应用。