Klassi TW Attosekonda X-Ray Pulse Laser

Klassi TW Attosekonda X-Ray Pulse Laser
Attosekonda 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 tal-elettroni ħielsa mir-raġġi XBiex toħroġ impulsi attosekondi diskreti. Meta mqabbel mar-rapporti eżistenti, l-ogħla qawwa tal-quċċata tal-legumi hija miżjuda 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 għall-imġieba ta 'superradjazzjoni simili għas-soliton fil-qasam tar-raġġi X.Lejżers b'enerġija għoljamexxew ħafna oqsma ġodda ta 'riċerka, inklużi fiżika ta' kamp għoli, spettroskopija attosekonda, u aċċeleraturi tal-partikuli bil-lejżer. Fost kull tip ta 'lejżers, ir-raġġi X huma użati ħafna fid-dijanjosi medika, sejbien ta' difetti industrijali, spezzjoni tas-sigurtà u riċerka xjentifika. Il-lejżer tar-raġġi X-Electron (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 ta 'raġġi X għall-qasam ta' spettroskopija mhux lineari u immaġini ta 'diffrazzjoni ta' partiċelli singoli fejn tkun meħtieġa enerġija għolja. L-Attosekonda XFEL reċenti ta 'suċċess hija kisba ewlenija fix-xjenza u t-teknoloġija attosekonda, li żżid l-ogħla poter disponibbli b'aktar minn sitt ordnijiet ta' kobor meta mqabbla ma 'sorsi ta' raġġi X Benchtop.

Lejżers tal-elettroni ħielsaJista 'jikseb enerġiji tal-polz ħafna ordnijiet ta' kobor ogħla mil-livell ta 'emissjoni spontanja bl-użu ta' instabilità kollettiva, li hija kkawżata mill-interazzjoni kontinwa tal-kamp ta 'radjazzjoni fir-raġġ ta' l-elettroni relattivistiku u l-oxxillatur manjetiku. Fil-firxa iebsa tar-raġġi X (madwar 0.01 nm sa 0.1 nm ta 'mewġa), FEL jinkiseb permezz ta' kompressjoni ta 'qatta' u tekniki ta 'koning ta' wara s-saturazzjoni. Fil-firxa tar-raġġi X artab (madwar 0.1 nm sa 10 nm tul ta 'mewġa), FEL huwa implimentat bit-teknoloġija tal-kaskata ta' slice friska. Riċentement, impulsi attosekondi b'qawwa tal-quċċata ta '100 GW ġew irrappurtati li ġew iġġenerati bl-użu tal-metodu ta' emissjoni spontanja amplifikata minnha nnifisha (ESASE).

It-tim ta 'riċerka uża sistema ta' amplifikazzjoni f'żewġ stadji bbażata fuq XFEL biex jamplifika l-ħruġ tal-polz attosekond tar-raġġi X artab mill-linac koerentisors tad-dawlSal-livell TW, ordni ta 'titjib tal-kobor fuq riżultati rrappurtati. Is-setup sperimentali huwa muri fil-Figura 1. Ibbażat fuq il-metodu ESASE, l-emittent tal-fotocathode huwa modulat biex jikseb raġġ ta 'elettroni bi spike ta' kurrent għoli, u jintuża biex jiġġenera impulsi ta 'raġġi X attosekonda. Il-polz inizjali jinsab fit-tarf ta 'quddiem tal-ponta tar-raġġ tal-elettroni, kif muri fil-kantuniera ta' fuq tax-xellug tal-Figura 1. Meta x-XFEL jilħaq is-saturazzjoni, ir-raġġ tal-elettroni jittardja relattivament mar-raġġi X permezz ta 'kompressur manjetiku, u mbagħad il-polz jinteraġixxi mar-raġġ tal-elettroni (porzjon frisk) li mhux modifikat mill-modulazzjoni ESAS jew il-laser. Fl-aħħarnett, it-tieni undulatur manjetiku jintuża biex ikompli jamplifika r-raġġi X permezz tal-interazzjoni ta 'impulsi attosekondi mal-porzjon frisk.

Fig. 1 dijagramma tal-apparat sperimentali; L-illustrazzjoni turi l-ispazju tal-fażi lonġitudinali (dijagramma tal-enerġija tal-ħin tal-elettroni, aħdar), il-profil kurrenti (blu), u r-radjazzjoni prodotta minn amplifikazzjoni tal-ewwel ordni (vjola). XTCAV, kavità trasversali tal-medda X; CVMI, sistema ta 'immaġini ta' immappjar mgħaġġel koassjali; FZP, spettrometru tal-pjanċa tal-faxxa Fresnel

L-impulsi attosekondi kollha huma mibnija mill-istorbju, u għalhekk kull polz għandu proprjetajiet spettrali u ta 'ħin differenti, li r-riċerkaturi esploraw f'aktar dettall. F'termini ta 'spettri, huma użaw spettrometru tal-pjanċa tal-faxxa Fresnel biex ikejlu l-ispettri ta' impulsi individwali f'tulijiet ta 'undulatur ekwivalenti differenti, u sabu li dawn l-ispettri żammew forom ta' mewġ bla xkiel anke wara amplifikazzjoni sekondarja, li jindikaw li l-impulsi baqgħu unimodali. Fid-dominju tal-ħin, il-marġinali angolari jitkejjel u l-forma tal-mewġ tad-dominju tal-ħin hija kkaratterizzata. Kif muri fil-Figura 1, il-polz tar-raġġi X huwa miksi bil-polz tal-lejżer infra-aħmar polarizzat ċirkolarment. Il-fotoelettroni jonizzati mill-polz tar-raġġi X jipproduċu strixxi fid-direzzjoni opposta għall-potenzjal tal-vettur tal-laser infra-aħmar. Minħabba li l-kamp elettriku tal-lejżer idur biż-żmien, id-distribuzzjoni tal-momentum tal-fotoelettron hija determinata sal-ħin tal-emissjoni tal-elettroni, u r-relazzjoni bejn il-mod angolari tal-ħin tal-emissjoni u d-distribuzzjoni tal-momentum tal-fotoelettron. Id-distribuzzjoni tal-momentum tal-fotoelettroni titkejjel bl-użu ta 'spettrometru ta' immaġni ta 'immappjar mgħaġġel koassjali. Ibbażat fuq id-distribuzzjoni u r-riżultati spettrali, il-forma tal-mewġ tad-dominju tal-ħin ta 'impulsi attosekonda tista' tiġi rikostruwita. Il-Figura 2 (a) turi d-distribuzzjoni tat-tul tal-polz, b'medja ta '440 AS. Fl-aħħarnett, id-ditekter tal-monitoraġġ tal-gass intuża biex jitkejjel l-enerġija tal-polz, u l-plott tat-tifrix bejn l-ogħla qawwa tal-polz u t-tul tal-polz kif muri fil-Figura 2 (b) ġie kkalkulat. It-tliet konfigurazzjonijiet jikkorrispondu għal kundizzjonijiet differenti ta 'fokus tar-raġġ ta' l-elettroni, kundizzjonijiet ta 'koning tal-waver u kundizzjonijiet ta' dewmien tal-kompressur manjetiku. It-tliet konfigurazzjonijiet taw enerġiji medji tal-polz ta '150, 200, u 260 µJ, rispettivament, b'qawwa massima tal-quċċata ta' 1.1 Tw.

Figura 2 (b) Scatter plot li jikkorrispondi għall-quċċata tal-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. Huwa kkawżat minn interazzjoni qawwija bejn l-elettroni u r-radjazzjoni, b'enerġija trasferita malajr mill-elettroni għar-ras tal-polz tar-raġġi X u lura lejn l-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 l-ogħla qawwa tal-quċċata jistgħu jiġu realizzati aktar billi jiġu estiżi l-proċess ta 'amplifikazzjoni tas-superradjazzjoni u jittieħdu vantaġġ mit-tqassir tal-polz fil-mod simili ta' soliton.