TW sinif attosaniyə rentgen pulse lazer

TW sinif attosaniyə rentgen pulse lazer
Attosaniyə rentgen şüasıpulse lazeryüksək güc və qısa impuls müddəti ilə ultrasürətli qeyri-xətti spektroskopiya və rentgen difraksiya təsvirinə nail olmaq üçün açardır. ABŞ-dakı tədqiqat qrupu iki mərhələli bir kaskaddan istifadə etdiX-şüasız elektron lazerlərdiskret attosaniyə impulsları çıxarmaq üçün. Mövcud hesabatlarla müqayisədə, impulsların orta pik gücü böyüklük sırası ilə artır, maksimum pik gücü 1,1 TW, median enerji isə 100 μJ-dən çoxdur. Tədqiqat həmçinin rentgen sahəsində solitona bənzər superradiasiya davranışı üçün güclü sübutlar təqdim edir.Yüksək enerjili lazerləryüksək sahə fizikası, attosaniyə spektroskopiyası və lazer hissəcik sürətləndiriciləri daxil olmaqla bir çox yeni tədqiqat sahələrinə təkan verdi. Bütün növ lazerlər arasında rentgen şüaları tibbi diaqnostika, sənaye qüsurlarının aşkarlanması, təhlükəsizlik yoxlaması və elmi tədqiqatlarda geniş istifadə olunur. X-şüalarının sərbəst elektron lazeri (XFEL) digər rentgen generasiya texnologiyaları ilə müqayisədə rentgen şüalarının pik gücünü bir neçə dəfə artıra bilər və beləliklə, rentgen şüalarının qeyri-xətti spektroskopiya və tək-tərbiyə sahəsinə tətbiqini genişləndirə bilər. yüksək güc tələb olunan hissəciklərin difraksiyasının təsviri. Bu yaxınlarda uğurlu attosecond XFEL attosaniyə elm və texnologiyasında böyük nailiyyətdir və mövcud pik gücünü tezgah üstü rentgen mənbələri ilə müqayisədə altı baldan çox artırır.

Pulsuz elektron lazerlərrelativistik elektron şüasında və maqnit osilatorunda radiasiya sahəsinin davamlı qarşılıqlı təsiri nəticəsində yaranan kollektiv qeyri-sabitlikdən istifadə edərək, kortəbii emissiya səviyyəsindən çoxlu böyüklükdə impuls enerjiləri əldə edə bilir. Sərt rentgen diapazonunda (təxminən 0,01 nm-dən 0,1 nm dalğa uzunluğuna qədər) FEL paketin sıxılması və doyma sonrası konikləşdirmə üsulları ilə əldə edilir. Yumşaq rentgen diapazonunda (təxminən 0,1 nm-dən 10 nm dalğa uzunluğuna qədər) FEL kaskad təzə dilim texnologiyası ilə həyata keçirilir. Bu yaxınlarda, gücləndirilmiş özünü gücləndirən spontan emissiya (ESASE) metodundan istifadə etməklə 100 GW pik gücə malik attosaniyə impulslarının yaradıldığı bildirilmişdir.

Tədqiqat qrupu linac koherentindən yumşaq rentgen attosaniyə impuls çıxışını gücləndirmək üçün XFEL-ə əsaslanan iki mərhələli gücləndirmə sistemindən istifadə etdi.işıq mənbəyiTW səviyyəsinə, bildirilən nəticələrə nisbətən miqyasda yaxşılaşma sırası. Eksperimental quraşdırma Şəkil 1-də göstərilmişdir. ESASE metoduna əsasən, fotokatod emitteri yüksək cərəyan sıçrayışı ilə elektron şüası əldə etmək üçün modulyasiya edilir və attosaniyə rentgen impulslarını yaratmaq üçün istifadə olunur. İlkin impuls Şəkil 1-in yuxarı sol küncündə göstərildiyi kimi elektron şüasının sünbülünün ön kənarında yerləşir. XFEL doyma səviyyəsinə çatdıqda, elektron şüası maqnit kompressoru ilə rentgen şüasına nisbətən gecikdirilir, və sonra impuls ESASE modulyasiyası və ya FEL lazeri ilə dəyişdirilməyən elektron şüası (təzə dilim) ilə qarşılıqlı əlaqədə olur. Nəhayət, attosaniyə impulslarının təzə dilimlə qarşılıqlı təsiri vasitəsilə rentgen şüalarını daha da gücləndirmək üçün ikinci maqnit dalğalandırıcı istifadə olunur.

ŞEK. 1 Eksperimental cihazın diaqramı; Şəkildə uzununa faza məkanı (elektronun zaman-enerji diaqramı, yaşıl), cari profil (mavi) və birinci dərəcəli gücləndirmə (bənövşəyi) nəticəsində yaranan radiasiya göstərilir. XTCAV, X-band eninə boşluq; cVMI, koaksial sürətli xəritəçəkmə görüntüləmə sistemi; FZP, Fresnel zolaqlı lövhə spektrometri

Bütün attosaniyə impulsları səs-küydən qurulur, buna görə də hər bir nəbz tədqiqatçıların daha ətraflı araşdırdıqları müxtəlif spektral və zaman-domen xüsusiyyətlərinə malikdir. Spektrlər baxımından, onlar müxtəlif ekvivalent dalğalı uzunluqlarda fərdi impulsların spektrlərini ölçmək üçün Fresnel zolaqlı lövhə spektrometrindən istifadə etdilər və aşkar etdilər ki, bu spektrlər hətta ikinci dərəcəli gücləndirmədən sonra hamar dalğa formalarını saxlayır və bu, impulsların unimodal qaldığını göstərir. Zaman sahəsində bucaq kənarı ölçülür və impulsun zaman domeninin dalğa forması xarakterizə olunur. Şəkil 1-də göstərildiyi kimi, rentgen impulsu dairəvi qütbləşmiş infraqırmızı lazer nəbzi ilə üst-üstə düşür. X-şüalarının impulsu ilə ionlaşan fotoelektronlar infraqırmızı lazerin vektor potensialına əks istiqamətdə zolaqlar əmələ gətirəcək. Lazerin elektrik sahəsi zamanla fırlandığı üçün fotoelektronun impuls paylanması elektron emissiya vaxtı ilə müəyyən edilir və emissiya vaxtının bucaq rejimi ilə fotoelektronun impuls paylanması arasında əlaqə qurulur. Fotoelektron impulsunun paylanması koaksial sürətli xəritəçəkmə görüntüləmə spektrometrindən istifadə etməklə ölçülür. Paylanma və spektral nəticələrə əsasən, attosaniyə impulslarının zaman-domen dalğa forması yenidən qurula bilər. Şəkil 2 (a) nəbz müddətinin paylanmasını göstərir, medianı 440 kimi. Nəhayət, qaz monitorinq detektoru impuls enerjisini ölçmək üçün istifadə edildi və Şəkil 2 (b)-də göstərildiyi kimi pik impuls gücü ilə impuls müddəti arasında səpilmə qrafiki hesablandı. Üç konfiqurasiya müxtəlif elektron şüalarının fokuslanma şərtlərinə, dalğalanma konfiqurasiyası şərtlərinə və maqnit kompressorunun gecikmə şərtlərinə uyğundur. Üç konfiqurasiya 1,1 TW maksimum pik gücü ilə müvafiq olaraq 150, 200 və 260 µJ orta nəbz enerjisi verdi.

Şəkil 2. (a) Yarım hündürlüyün paylama histoqramı Tam genişlik (FWHM) impuls müddəti; (b) Pik gücə və impuls müddətinə uyğun gələn səpilmə qrafiki

Bundan əlavə, tədqiqat həm də ilk dəfə olaraq rentgen zolağında gücləndirmə zamanı nəbzin davamlı qısalması kimi görünən solitonabənzər superemissiya fenomenini müşahidə etdi. Bu, elektronlar və şüalanma arasında güclü qarşılıqlı təsir nəticəsində yaranır, enerji sürətlə elektrondan rentgen impulsunun baş hissəsinə və impulsun quyruğundan elektrona qaytarılır. Bu fenomenin dərindən öyrənilməsi ilə, daha qısa müddətə və daha yüksək pik gücə malik olan rentgen impulslarının superradiasiya gücləndirmə prosesini genişləndirməklə və solitona bənzər rejimdə nəbz qısaltmasından istifadə etməklə daha da reallaşdırıla biləcəyi gözlənilir.