TW sinif attosaniyəli rentgen impuls lazeri

TW sinif attosaniyəli rentgen impuls lazeri
Attosaniyəli rentgenimpuls lazeriyüksək gücə və qısa impuls müddəti ilə ultrasürətli qeyri-xətti spektroskopiya və rentgen difraksiya görüntüləməsinə nail olmaq üçün açardır. ABŞ-dakı tədqiqat qrupu iki mərhələli kaskaddan istifadə etmişdirRentgensiz elektron lazerləridiskret attosaniyəli impulslar çıxarmaq üçün. Mövcud hesabatlarla müqayisədə impulsların orta pik gücü müəyyən dərəcədə artır, maksimum pik gücü 1,1 TW, median enerjisi isə 100 μJ-dən çoxdur. Tədqiqat həmçinin rentgen sahəsində soliton kimi superradiasiya davranışına dair güclü dəlillər təqdim edir.Yüksək enerjili lazerləryüksək sahəli fizika, attosaniyəli spektroskopiya və lazer hissəcik sürətləndiriciləri də daxil olmaqla bir çox yeni tədqiqat sahələrinə təkan vermişdir. Bütün növ lazerlər arasında rentgen şüaları tibbi diaqnoz, sənaye qüsurlarının aşkarlanması, təhlükəsizlik yoxlaması və elmi tədqiqatlarda geniş istifadə olunur. Rentgen sərbəst elektron lazeri (XFEL) digər rentgen generasiya texnologiyaları ilə müqayisədə pik rentgen gücünü bir neçə dəfə artıra bilər və beləliklə, rentgen şüalarının tətbiqini yüksək gücün tələb olunduğu qeyri-xətti spektroskopiya və tək hissəcikli difraksiya görüntüləmə sahəsinə genişləndirir. Bu yaxınlarda uğurlu attosaniyəli XFEL, mövcud pik gücünü masaüstü rentgen mənbələri ilə müqayisədə altı dəfədən çox artıraraq, attosaniyəli elm və texnologiyada böyük bir nailiyyətdir.

Pulsuz elektron lazerlərirelyativistik elektron şüasında və maqnit osilatorunda şüalanma sahəsinin davamlı qarşılıqlı təsirindən qaynaqlanan kollektiv qeyri-sabitlikdən istifadə edərək spontan emissiya səviyyəsindən çoxlu böyüklükdə impuls enerjiləri əldə edə bilər. Sərt rentgen şüaları diapazonunda (təxminən 0,01 nm-dən 0,1 nm-ə qədər dalğa uzunluğunda) FEL dəstə sıxılması və doyma sonrası konuslama texnikaları ilə əldə edilir. Yumşaq rentgen şüaları diapazonunda (təxminən 0,1 nm-dən 10 nm-ə qədər dalğa uzunluğunda) FEL kaskad təzə dilim texnologiyası ilə həyata keçirilir. Bu yaxınlarda, 100 GVt pik gücünə malik attosaniyəli impulsların gücləndirilmiş öz-özünə gücləndirilmiş spontan emissiya (ESASE) metodundan istifadə edərək yaradıldığı bildirilir.

Tədqiqat qrupu, linak koherentindən yumşaq rentgen attosaniyəli impuls çıxışını gücləndirmək üçün XFEL əsaslı iki mərhələli gücləndirmə sistemindən istifadə etmişdir.işıq mənbəyiTW səviyyəsinə qədər, bildirilən nəticələrə nisbətən bir sıra yaxşılaşma. Təcrübə quruluşu Şəkil 1-də göstərilib. ESASE metoduna əsasən, fotokatod emitenti yüksək cərəyan sıçrayışına malik elektron şüası əldə etmək üçün modulyasiya edilir və attosaniyəli rentgen impulsları yaratmaq üçün istifadə olunur. İlkin impuls, Şəkil 1-in yuxarı sol küncündə göstərildiyi kimi, elektron şüasının sıçrayışının ön kənarında yerləşir. XFEL doyma səviyyəsinə çatdıqda, elektron şüası maqnit kompressoru tərəfindən rentgen şüasına nisbətən gecikir və sonra impuls ESASE modulyasiyası və ya FEL lazeri tərəfindən dəyişdirilməyən elektron şüası (təzə dilim) ilə qarşılıqlı təsir göstərir. Nəhayət, attosaniyəli impulsların təzə dilimlə qarşılıqlı təsiri vasitəsilə rentgen şüalarını daha da gücləndirmək üçün ikinci maqnit dalğalandırıcı istifadə olunur.

ŞƏKİL 1 Eksperimental cihaz diaqramı; Şəkildə uzununa faza fəzası (elektronun zaman-enerji diaqramı, yaşıl), cərəyan profili (mavi) və birinci dərəcəli gücləndirmə ilə yaranan şüalanma (bənövşəyi) göstərilir. XTCAV, X-zolaqlı eninə boşluq; cVMI, koaksial sürətli xəritələşdirmə görüntüləmə sistemi; FZP, Fresnel zolaqlı lövhə spektrometri

Bütün attosaniyəli impulslar səs-küydən qurulur, buna görə də hər bir impuls fərqli spektral və zaman domeni xüsusiyyətlərinə malikdir və tədqiqatçılar bunları daha ətraflı araşdırdılar. Spektrlər baxımından, onlar müxtəlif ekvivalent dalğa uzunluqlarında fərdi impulsların spektrlərini ölçmək üçün Fresnel zolaqlı lövhə spektrometrindən istifadə etdilər və bu spektrlərin ikincil gücləndirmədən sonra belə hamar dalğa formalarını saxladığını aşkar etdilər ki, bu da impulsların unimodal qaldığını göstərir. Zaman domenində bucaqlı saçaq ölçülür və impulsun zaman domeni dalğa forması xarakterizə olunur. Şəkil 1-də göstərildiyi kimi, rentgen impulsu dairəvi polyarlaşdırılmış infraqırmızı lazer impulsu ilə üst-üstə düşür. Rentgen impulsu ilə ionlaşmış fotoelektronlar infraqırmızı lazerin vektor potensialının əks istiqamətində zolaqlar əmələ gətirəcək. Lazerin elektrik sahəsi zamanla fırlandığı üçün fotoelektronun impuls paylanması elektron emissiyası vaxtı ilə müəyyən edilir və emissiya vaxtının bucaq rejimi ilə fotoelektronun impuls paylanması arasındakı əlaqə qurulur. Fotoelektron impulsunun paylanması koaksial sürətli xəritələşdirmə görüntüləmə spektrometri istifadə edilərək ölçülür. Paylanma və spektral nəticələrə əsasən, attosaniyəli impulsların zaman domeni dalğa forması yenidən qurula bilər. Şəkil 2 (a), medianı 440 ad olan impuls müddətinin paylanmasını göstərir. Nəhayət, impuls enerjisini ölçmək üçün qaz monitorinq detektoru istifadə edildi və Şəkil 2 (b)-də göstərildiyi kimi pik impuls gücü ilə impuls müddəti arasındakı səpələnmə qrafiki hesablandı. Üç konfiqurasiya müxtəlif elektron şüasının fokuslanma şərtlərinə, dalğalanma konuslaşma şərtlərinə və maqnit kompressor gecikmə şərtlərinə uyğundur. Üç konfiqurasiya, maksimum pik gücü 1,1 TW olmaqla, müvafiq olaraq 150, 200 və 260 µJ orta impuls enerjisi verdi.

Şəkil 2. (a) Yarım hündürlüklü Tam enli (FWHM) impuls müddətinin paylanma histoqramı; (b) Pik gücünə və impuls müddətinə uyğun səpələnmə qrafiki

Bundan əlavə, tədqiqatda ilk dəfə olaraq rentgen zolağında soliton kimi superemissiya fenomeni müşahidə edilmişdir ki, bu da gücləndirmə zamanı davamlı impuls qısalması kimi görünür. Bu, elektronlar və radiasiya arasında güclü qarşılıqlı təsirdən qaynaqlanır və enerji sürətlə elektrondan rentgen impulsunun başına və impulsun quyruğundan elektrona ötürülür. Bu fenomenin dərindən öyrənilməsi nəticəsində, superradiasiya gücləndirmə prosesini genişləndirməklə və soliton kimi rejimdə impuls qısaltmasından istifadə etməklə daha qısa müddətə və daha yüksək pik gücünə malik rentgen impulslarının daha da reallaşdırıla biləcəyi gözlənilir.