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

Lejżer tal-polz tar-raġġi X attosecond tal-klassi TW
Attosecond X-raylaser tal-polzb'qawwa għolja u tul ta 'polz qasir huma ċ-ċavetta biex tinkiseb spettroskopija mhux lineari ultraveloċi u immaġini ta' diffrazzjoni tar-raġġi X. It-tim ta 'riċerka fl-Istati Uniti uża kaskata ta' żewġ stadjiLejżers elettroniċi ħielsa mir-raġġi-Xbiex joħroġ impulsi attosecond diskreti. Meta mqabbla mar-rapporti eżistenti, l-ogħla qawwa medja tal-impulsi tiżdied b'ordni ta 'kobor, l-ogħla qawwa massima hija 1.1 TW, u l-enerġija medjana hija aktar minn 100 μJ. L-istudju jipprovdi wkoll evidenza qawwija għal imġieba ta 'superradjazzjoni bħal soliton fil-qasam tar-raġġi-X.Lejżers ta 'enerġija għoljamexxew ħafna oqsma ġodda ta 'riċerka, inklużi l-fiżika ta' kamp għoli, spettroskopija attosecond, u aċċeleraturi tal-partiċelli tal-lejżer. Fost kull tip ta 'lejżers, ir-raġġi-X jintużaw ħafna fid-dijanjosi medika, l-iskoperta ta' difetti industrijali, l-ispezzjoni tas-sigurtà u r-riċerka xjentifika. Il-laser ta 'elettroni ħielsa tar-raġġi X (XFEL) jista' jżid l-ogħla qawwa 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 single- immaġini tad-diffrazzjoni tal-partikuli fejn tkun meħtieġa qawwa għolja. L-attosecond XFEL ta 'suċċess riċenti huwa kisba kbira fix-xjenza u t-teknoloġija tal-attosecond, li żżid l-ogħla qawwa disponibbli b'aktar minn sitt ordnijiet ta' kobor meta mqabbla mas-sorsi tar-raġġi X fuq il-bank.

Lejżers elettroni b'xejnjista 'jikseb enerġiji tal-polz 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 iebsa (madwar 0.01 nm sa 0.1 nm wavelength), FEL jinkiseb permezz ta 'tekniki ta' kompressjoni tal-gozz u koning ta 'wara s-saturazzjoni. Fil-medda artab tar-raġġi X (madwar 0.1 nm sa 10 nm wavelength), FEL huwa implimentat permezz tat-teknoloġija tal-porzjon frisk tal-kaskata. Riċentement, impulsi attosecond b'qawwa massima ta '100 GW ġew irrappurtati li jiġu ġġenerati bl-użu tal-metodu mtejba ta' emissjoni spontanja awto-amplifikata (ESAE).

It-tim ta 'riċerka uża sistema ta' amplifikazzjoni f'żewġ stadji bbażata fuq XFEL biex jamplifika l-output tal-polz tal-attosecond tar-raġġi X artab mill-linac koerentisors tad-dawlsal-livell TW, ordni ta' titjib fuq ir-riżultati rrappurtati. Is-setup sperimentali jidher fil-Figura 1. Ibbażat fuq il-metodu ESASE, l-emittent tal-fotokatodu huwa modulat biex jikseb raġġ ta 'elettroni b'spike ta' kurrent għoli, u jintuża biex jiġġenera impulsi tar-raġġi X attosecond. Il-polz inizjali jinsab fit-tarf ta 'quddiem tat-tarf tar-raġġ tal-elettroni, kif muri fil-kantuniera ta' fuq tax-xellug tal-Figura 1. Meta l-XFEL jilħaq is-saturazzjoni, ir-raġġ tal-elettroni jittardja relattiv għar-raġġi-X b'kompressur manjetiku, u mbagħad il-polz jinteraġixxi mar-raġġ ta 'l-elettroni (porzjon frisk) li mhuwiex modifikat mill-modulazzjoni ESASE jew bil-laser FEL. Fl-aħħarnett, it-tieni undulator manjetiku jintuża biex ikompli jamplifika r-raġġi-X permezz tal-interazzjoni ta 'impulsi attosecond mal-porzjon frisk.

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

Il-polz attosecond kollha huma mibnija mill-istorbju, għalhekk kull polz għandu proprjetajiet spettrali u ta 'dominju tal-ħin differenti, li r-riċerkaturi esploraw f'aktar dettall. F'termini ta 'spettri, użaw spettrometru tal-pjanċa tal-medda ta' Fresnel biex ikejjel l-ispettri ta 'impulsi individwali f'tulijiet ta' undulator ekwivalenti differenti, u sabu li dawn l-ispettri żammew forom tal-mewġ lixxi anki wara amplifikazzjoni sekondarja, li jindika li l-impulsi baqgħu unimodali. Fid-dominju tal-ħin, il-marġini angolari hija mkejla u l-forma tal-mewġ tad-dominju tal-ħin tal-polz hija kkaratterizzata. Kif muri fil-Figura 1, il-polz tar-raġġi X huwa koinċidenza mal-polz tal-laser infra-aħmar polarizzat b'mod ċirkolari. Il-fotoelettroni jonizzati mill-polz tar-raġġi-X se jipproduċu strixxi fid-direzzjoni opposta għall-potenzjal tal-vettur tal-laser 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-elettroni, 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-fotoelettroni titkejjel bl-użu ta 'spettrometru tal-immaġini ta' mapping mgħaġġel koassjali. Ibbażat fuq id-distribuzzjoni u r-riżultati spettrali, il-forma tal-mewġ tad-dominju tal-ħin tal-impulsi attosecond tista 'tiġi rikostruzzjoni. Figura 2 (a) turi d-distribuzzjoni tat-tul tal-polz, b'medjan ta '440 as. Fl-aħħarnett, id-ditekter tal-monitoraġġ tal-gass intuża biex ikejjel l-enerġija tal-polz, u ġie kkalkulat it-tixrid tal-plott bejn l-ogħla qawwa tal-polz u t-tul tal-polz kif muri fil-Figura 2 (b). It-tliet konfigurazzjonijiet jikkorrispondu għal kundizzjonijiet differenti ta 'fokus ta' raġġ ta 'elettroni, kundizzjonijiet ta' waver coning u kundizzjonijiet ta 'dewmien tal-kompressur manjetiku. It-tliet konfigurazzjonijiet taw enerġiji tal-polz medji ta '150, 200, u 260 µJ, rispettivament, b'qawwa massima massima ta' 1.1 TW.

Figura 2. (a) Istogramma tad-distribuzzjoni ta' tul ta' żmien tal-polz ta' nofs għoli Wisa' sħiħ (FWHM); (b) Scatter plot li jikkorrispondi għall-ogħla qawwa u t-tul tal-polz

Barra minn hekk, l-istudju osserva wkoll għall-ewwel darba l-fenomenu ta 'superemissjoni bħal soliton fil-medda tar-raġġi X, li tidher bħala tqassir tal-polz kontinwu waqt l-amplifikazzjoni. Hija kkawżata minn interazzjoni qawwija bejn l-elettroni u r-radjazzjoni, b'enerġija 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 l-impulsi tar-raġġi X b'tul iqsar u qawwa ogħla ogħla jistgħu jiġu realizzati aktar billi jiġi estiż il-proċess ta 'amplifikazzjoni ta' superradjazzjoni u jittieħed vantaġġ mit-tqassir tal-polz f'modalità bħal soliton.