TW klases attosekundes rentgena impulsa lāzers

TW klases attosekundes rentgena impulsa lāzers
Rentgena rentgenstūrispulsa lāzersAr lielu jaudu un īsu impulsu ilgumu ir atslēga, lai sasniegtu īpaši nelineāru spektroskopiju un rentgena difrakcijas attēlveidošanu. Pētniecības grupa Amerikas Savienotajās Valstīs izmantoja divpakāpju kaskādiRentgena bez elektronu lāzeriizvadīt diskrētus Atosekundes impulsus. Salīdzinot ar esošajiem pārskatiem, vidējā pākšaugu maksimālā jauda tiek palielināta par lieluma secību, maksimālā maksimālā jauda ir 1,1 TW, un vidējā enerģija ir lielāka par 100 μJ. Pētījums sniedz arī pārliecinošus pierādījumus par Solitonam līdzīgu superradiācijas izturēšanos rentgena jomā.Lielas enerģijas lāzeriir virzījuši daudzas jaunas pētījumu jomas, ieskaitot augstā lauka fiziku, attosekundes spektroskopiju un lāzera daļiņu paātrinātājus. Starp visa veida lāzeriem rentgenstari tiek plaši izmantoti medicīniskajā diagnostikā, rūpniecisko trūkumu noteikšanā, drošības pārbaudē un zinātniskos pētījumos. Rentgenstaru brīvā elektrona lāzers (XFEL) var palielināt rentgenstaru maksimālo jaudu par vairākām lieluma kārtām, salīdzinot ar citām rentgenstaru ģenerēšanas tehnoloģijām, tādējādi paplašinot rentgenstaru pielietojumu nelineāras spektroskopijas laukam un vieniem- Daļiņu difrakcijas attēlveidošana, kur nepieciešama liela jauda. Nesenais veiksmīgais attosekundes XFEL ir galvenais sasniegums Atosecond zinātnē un tehnoloģijā, palielinot pieejamo maksimālo jaudu par vairāk nekā sešiem lieluma kārtām, salīdzinot ar stenda rentgenstaru avotiem.

Bezmaksas elektronu lāzerivar iegūt impulsa enerģiju, kas ir daudz lielāka par spontānu emisijas līmeni, izmantojot kolektīvo nestabilitāti, ko izraisa nepārtraukta starojuma lauka mijiedarbība relativistiskajā elektronu staru kūļos un magnētiskais oscilators. Cietā rentgenstaru diapazonā (apmēram 0,01 nm līdz 0,1 nm viļņa garums) FEL tiek panākts ar paketes saspiešanu un pēc piesātināšanas pieķeršanas metodēm. Mīkstā rentgenstaru diapazonā (apmēram 0,1 nm līdz 10 nm viļņa garumā) FEL ievieš Cascade Fresh-Sin Technology. Nesen tika ziņots, ka, izmantojot pastiprinātu pašpārliecinātu spontānas emisijas (ESASE) metodi, tika ģenerēti Attosekundes impulsi ar maksimālu jaudu 100 GW.

Pētniecības komanda izmantoja divpakāpju pastiprināšanas sistēmu, kuras pamatā ir XFEL, lai pastiprinātu mīksto rentgenstaru attosekundes impulsu no LINAC koherentagaismas avotsTW līmenim ir lieluma uzlabojums salīdzinājumā ar ziņotajiem rezultātiem. Eksperimentālā iestatīšana ir parādīta 1. attēlā. Balstoties uz ESASE metodi, fotokathode emitētājs tiek modulēts, lai iegūtu elektronu staru ar augstu strāvas smaili, un to izmanto, lai ģenerētu rentgenstaru impulsus. Sākotnējais impulss atrodas elektronu staru kūļa priekšējā malā, kā parādīts 1. attēla augšējā kreisajā stūrī. Kad XFEL sasniedz piesātinājumu, elektronu stars tiek aizkavēts attiecībā pret rentgena ar magnētisko kompresoru, un pēc tam impulss mijiedarbojas ar elektronu staru (svaigu šķēli), ko nemaina ESASE modulācija vai FEL lāzers. Visbeidzot, otrs magnētiskais un mazāks tiek izmantots, lai vēl vairāk pastiprinātu rentgena starus, mijiedarbojoties ar Atosekundes impulsu ar svaigu šķēli.

Fig. 1 eksperimentāla ierīces diagramma; Ilustrācija parāda gareniskās fāzes telpu (elektronu, zaļā krāsā laika un enerģijas diagramma), strāvas profilu (zilā krāsā) un starojumu, ko rada pirmās kārtas pastiprināšana (purpursarkanā). Xtcav, x joslas šķērsvirziena dobums; CVMI, koaksiālā ātrās kartēšanas attēlveidošanas sistēma; FZP, Fresnel joslas plāksnes spektrometrs

Visi attosekundes impulsi ir veidoti no trokšņa, tāpēc katram impulsam ir dažādas spektrālās un laika domēna īpašības, kuras pētnieki izpētīja sīkāk. Spektru izteiksmē viņi izmantoja fresnel joslas plāksnes spektrometru, lai izmērītu atsevišķu impulsu spektrus dažādos ekvivalentos un mazāka garumā, un atklāja, ka šie spektri uztur gludas viļņu formas pat pēc sekundāras pastiprināšanas, norādot, ka impulsi palika neimodāli. Laika domēnā mēra leņķisko bārkstis un tiek raksturota impulsa laika domēna viļņu forma. Kā parādīts 1. attēlā, rentgenstaru impulss pārklājas ar apļveida polarizēto infrasarkano lāzera impulsu. Fotoelektroni, ko jonizē rentgena impulss, radīs svītras virzienā, kas ir pretējs infrasarkanā lāzera vektora potenciālam. Tā kā lāzera elektriskais lauks pagriežas ar laiku, fotoelektrona impulsu sadalījumu nosaka elektronu emisijas laiks, un ir izveidota saistība starp emisijas laika leņķisko režīmu un fotoelektrona impulsu sadalījumu. Fotoelektrona impulsa sadalījumu mēra, izmantojot koaksiālo ātro kartēšanas attēlveidošanas spektrometru. Balstoties uz sadalījumu un spektrālajiem rezultātiem, var rekonstruēt attosekundes impulsu laika domēna viļņu formu. 2. attēlā (a) parādīts impulsa ilguma sadalījums ar vidējo 440 as. Visbeidzot, impulsa enerģijas mērīšanai tika izmantots gāzes uzraudzības detektors, un tika aprēķināta izkliedes diagramma starp pīķa impulsa jaudu un impulsa ilgumu, kā parādīts 2. attēlā (b). Trīs konfigurācijas atbilst dažādiem elektronu staru fokusēšanas apstākļiem, viļņošanās apstākļiem un magnētiskā kompresora kavēšanās apstākļiem. Trīs konfigurācijas deva vidējās impulsa enerģijas attiecīgi 150, 200 un 260 µJ ar maksimālo maksimālo jaudu 1,1 TW.

2. attēls. (A) PUNKĀRĀ augstākā līmeņa (FWHM) impulsa ilguma sadalījuma histogramma; b) izkliedes diagramma, kas atbilst maksimālajai jaudai un impulsa ilgumam

Turklāt pētījumā arī tika novērots arī Solitonam līdzīgās superemisijas parādība rentgenstaru joslā, kas pastiprināšanas laikā parādās kā nepārtraukts impulss. To izraisa spēcīga mijiedarbība starp elektroniem un starojumu, no enerģijas, kas ātri pārnes no elektrona uz rentgena impulsa galvu un atpakaļ uz elektronu no impulsa astes. Paredzams, ka padziļināti pētot šo parādību, rentgenstaru impulsus ar īsāku ilgumu un augstāku maksimālo jaudu var vēl vairāk realizēt, paplašinot superRadiācijas pastiprināšanas procesu un izmantojot impulsa saīsināšanas priekšrocības solitonam līdzīgā režīmā.