Lejżer tal-polz tar-raġġi-X tal-attosekondi tal-klassi TW

Lejżer tal-polz tar-raġġi-X tal-attosekondi tal-klassi TW
Raġġi-X tal-attosekondilejżer tal-polzb'qawwa għolja u tul qasir ta' impuls huma ċ-ċavetta biex tinkiseb spettroskopija mhux lineari ultraveloċi u immaġini tad-diffrazzjoni tar-raġġi X. It-tim tar-riċerka fl-Istati Uniti uża kaskata ta' żewġ stadjiLejżers tal-elettroni ħielsa bir-raġġi-Xbiex joħorġu impulsi diskreti ta' attosekondi. Meta mqabbla mar-rapporti eżistenti, il-qawwa massima medja tal-impulsi tiżdied b'ordni ta' kobor, il-qawwa massima massima hija ta' 1.1 TW, u l-enerġija medjana hija aktar minn 100 μJ. L-istudju jipprovdi wkoll evidenza qawwija għal imġiba ta' superradjazzjoni simili għas-soliton fil-kamp tar-raġġi-X.Lejżers ta' enerġija għoljawasslu għal ħafna oqsma ġodda ta’ riċerka, inklużi l-fiżika ta’ kamp għoli, l-ispettroskopija tal-attosekondi, u l-aċċeleraturi tal-partiċelli bil-lejżer. Fost it-tipi kollha ta’ lejżers, ir-raġġi-X jintużaw ħafna fid-dijanjosi medika, l-iskoperta ta’ difetti industrijali, l-ispezzjoni tas-sigurtà u r-riċerka xjentifika. Il-lejżer tal-elettroni ħielsa bir-raġġi-X (XFEL) jista’ jżid il-qawwa massima tar-raġġi-X b’diversi ordnijiet ta’ kobor meta mqabbel ma’ teknoloġiji oħra ta’ ġenerazzjoni tar-raġġi-X, u b’hekk jestendi l-applikazzjoni tar-raġġi-X għall-qasam tal-ispettroskopija mhux lineari u l-immaġini tad-diffrazzjoni ta’ partiċella waħda fejn hija meħtieġa qawwa għolja. L-XFEL tal-attosekondi ta’ suċċess reċenti huwa kisba ewlenija fix-xjenza u t-teknoloġija tal-attosekondi, li żżid il-qawwa massima disponibbli b’aktar minn sitt ordnijiet ta’ kobor meta mqabbla mas-sorsi tar-raġġi-X fuq il-bank tax-xogħol.

Lejżers tal-elettroni ħielsajista' jikseb enerġiji tal-impulsi ħafna ordnijiet ta' kobor ogħla mil-livell ta' emissjoni spontanja bl-użu ta' instabbiltà kollettiva, li hija kkawżata mill-interazzjoni kontinwa tal-kamp tar-radjazzjoni fir-raġġ tal-elettroni relativistiku u l-oxxillatur manjetiku. Fil-medda tar-raġġi-X iebsin (madwar 0.01 nm sa 0.1 nm ta' tul ta' mewġa), l-FEL jinkiseb permezz ta' tekniki ta' kompressjoni tal-qatta' u koning wara s-saturazzjoni. Fil-medda tar-raġġi-X rotob (madwar 0.1 nm sa 10 nm ta' tul ta' mewġa), l-FEL huwa implimentat permezz tat-teknoloġija cascade fresh-slice. Riċentement, ġie rrappurtat li impulsi ta' attosekondi b'qawwa massima ta' 100 GW ġew iġġenerati bl-użu tal-metodu ta' emissjoni spontanja awtoamplifikata msaħħa (ESASE).

It-tim tar-riċerka uża sistema ta' amplifikazzjoni f'żewġ stadji bbażata fuq XFEL biex jamplifika l-output tal-impuls ta' attosekondi tar-raġġi-X rotob mill-linac koerenti.sors tad-dawlgħal-livell TW, titjib ta' ordni ta' kobor fuq ir-riżultati rrappurtati. Is-setup sperimentali huwa muri fil-Figura 1. Abbażi tal-metodu ESASE, l-emittent tal-fotokatodu huwa modulat biex jikseb raġġ ta' elettroni b'spike ta' kurrent għoli, u jintuża biex jiġġenera impulsi ta' raġġi-X ta' attosekondi. L-impuls inizjali jinsab fit-tarf ta' quddiem tal-ispike tar-raġġ ta' elettroni, kif muri fir-rokna ta' fuq tax-xellug tal-Figura 1. Meta l-XFEL jilħaq is-saturazzjoni, ir-raġġ ta' elettroni jiġi ttardjat relattiv għar-raġġi-X minn kompressur manjetiku, u mbagħad l-impuls jinteraġixxi mar-raġġ ta' elettroni (qasma friska) li mhix modifikata mill-modulazzjoni ESASE jew mil-lejżer FEL. Fl-aħħarnett, jintuża t-tieni undulatur manjetiku biex jamplifika aktar ir-raġġi-X permezz tal-interazzjoni ta' impulsi ta' attosekondi mas-qasma friska.

FIG. 1 Dijagramma tal-apparat sperimentali; L-illustrazzjoni turi l-ispazju tal-fażi lonġitudinali (dijagramma tal-ħin-enerġija tal-elettron, aħdar), il-profil tal-kurrent (blu), u r-radjazzjoni prodotta mill-amplifikazzjoni tal-ewwel ordni (vjola). XTCAV, kavità trasversali tal-banda X; cVMI, sistema ta' immaġini ta' mmappjar rapidu koassjali; FZP, spettrometru tal-pjanċa tal-banda Fresnel

L-impulsi kollha tal-attosekondi huma mibnija mill-istorbju, għalhekk kull impuls għandu proprjetajiet spettrali u tad-dominju tal-ħin differenti, li r-riċerkaturi esploraw f'aktar dettall. F'termini ta' spettri, huma użaw spettrometru tal-pjanċa tal-medda Fresnel biex ikejlu l-ispettri ta' impulsi individwali f'tulijiet differenti ta' undulatur ekwivalenti, u sabu li dawn l-ispettri żammew forom ta' mewġ lixxi anke wara amplifikazzjoni sekondarja, li jindika li l-impulsi baqgħu unimodali. Fid-dominju tal-ħin, il-fringe angolari titkejjel u l-forma tal-mewġa tad-dominju tal-ħin tal-impuls hija kkaratterizzata. Kif muri fil-Figura 1, l-impuls tar-raġġi-X huwa sovrappost mal-impuls tal-lejżer infra-aħmar polarizzat ċirkolarment. Il-fotoelettroni jonizzati mill-impuls tar-raġġi-X se jipproduċu strixxi fid-direzzjoni opposta għall-potenzjal vettorjali tal-lejżer infra-aħmar. Minħabba li l-kamp elettriku tal-lejżer idur maż-żmien, id-distribuzzjoni tal-momentum tal-fotoelettron hija determinata mill-ħin tal-emissjoni tal-elettron, u r-relazzjoni bejn il-mod angolari tal-ħin tal-emissjoni u d-distribuzzjoni tal-momentum tal-fotoelettron hija stabbilita. Id-distribuzzjoni tal-momentum tal-fotoelettron titkejjel bl-użu ta' spettrometru tal-immaġini koassjali ta' mapping veloċi. Abbażi tad-distribuzzjoni u r-riżultati spettrali, il-forma tal-mewġa tad-dominju tal-ħin tal-impulsi tal-attosekondi tista' tiġi rikostruwita. Il-Figura 2 (a) turi d-distribuzzjoni tat-tul tal-impuls, b'medjan ta' 440 as. Fl-aħħarnett, id-ditekter tal-monitoraġġ tal-gass intuża biex ikejjel l-enerġija tal-impuls, u ġie kkalkulat il-plott tat-tixrid bejn il-qawwa massima tal-impuls u t-tul tal-impuls kif muri fil-Figura 2 (b). It-tliet konfigurazzjonijiet jikkorrispondu għal kundizzjonijiet differenti ta' ffukar tar-raġġ tal-elettroni, kundizzjonijiet ta' koning tal-mewġa u kundizzjonijiet ta' dewmien tal-kompressur manjetiku. It-tliet konfigurazzjonijiet taw enerġiji medji tal-impuls ta' 150, 200, u 260 µJ, rispettivament, b'qawwa massima massima ta' 1.1 TW.

Figura 2. (a) Istogramma tad-distribuzzjoni tat-tul tal-impuls ta' nofs l-għoli u wisa' sħiħa (FWHM); (b) Plott ta' tixrid li jikkorrispondi għall-qawwa massima u t-tul tal-impuls

Barra minn hekk, l-istudju osserva wkoll għall-ewwel darba l-fenomenu ta' superemissjoni simili għal soliton fil-medda tar-raġġi-X, li jidher bħala tqassir kontinwu tal-polz waqt l-amplifikazzjoni. Dan huwa kkawżat minn interazzjoni qawwija bejn l-elettroni u r-radjazzjoni, bl-enerġija tiġi trasferita malajr mill-elettron għar-ras tal-polz tar-raġġi-X u lura għall-elettron mid-denb tal-polz. Permezz ta' studju fil-fond ta' dan il-fenomenu, huwa mistenni li polzi tar-raġġi-X b'tul iqsar u qawwa massima ogħla jistgħu jiġu realizzati aktar billi jiġi estiż il-proċess ta' amplifikazzjoni tas-superradjazzjoni u jittieħed vantaġġ mit-tqassir tal-polz fil-modalità simili għal soliton.