TW Class Attosecond X-ışını Puls Lazer

TW Class Attosecond X-ışını Puls Lazer
Attosecond röntgennabız lazeriYüksek güç ve kısa nabız süresi ile ultra hızlı doğrusal olmayan spektroskopi ve X-ışını kırınım görüntüleme elde etmenin anahtarıdır. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki araştırma ekibi iki aşamalı bir kademeli kullandıX-ışını ücretsiz elektron lazerleriAyrık Attosecond darbeleri çıktı. Mevcut raporlarla karşılaştırıldığında, darbelerin ortalama tepe gücü bir büyüklük sırasına göre arttırılır, maksimum tepe gücü 1.1 TW'dir ve medyan enerji 100 μJ'den fazladır. Çalışma ayrıca X-ışını alanında Soliton benzeri süper ormanlık davranışı için güçlü kanıtlar sunmaktadır.Yüksek enerjili lazerlerYüksek alan fizik, Attosecond spektroskopisi ve lazer parçacık hızlandırıcıları dahil olmak üzere birçok yeni araştırma alanını sürmüştür. Her türlü lazer arasında X-ışınları tıbbi tanı, endüstriyel kusur tespiti, güvenlik denetimi ve bilimsel araştırmalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. X-ışını serbest elektron lazeri (XFEL), pik X-ışını gücünü diğer X-ışını üretim teknolojilerine kıyasla birkaç büyüklük sırasına göre artırabilir, böylece X-ışınlarının yüksek gücün gerekli olduğu yerlerde doğrusal olmayan spektroskopi ve tek partikül kırınım görüntüleme alanına uygulanmasını genişletebilir. Son başarılı Attosecond XFEL, Attosecond Science ve Technology'de büyük bir başarıdır ve mevcut zirve gücünü tezgah üstü X-ışını kaynaklarına kıyasla altıdan fazla büyüklükte artırır.

Ücretsiz elektron lazerleriNabız enerjileri elde edebilir, Radyasyon alanının göreceli elektron ışını ve manyetik osilatördeki sürekli etkileşiminden kaynaklanan kolektif instabilite kullanılarak spontan emisyon seviyesinden daha yüksek büyüklük sırası. Sert X-ışını aralığında (yaklaşık 0.01 nm ila 0.1 nm dalga boyu), Fel demet sıkıştırma ve doygunluk sonrası konma teknikleri ile elde edilir. Yumuşak X-ışını aralığında (yaklaşık 0.1 nm ila 10 nm dalga boyu) Fel, kaskad taze kesit teknolojisi ile uygulanır. Son zamanlarda, 100 GW pik gücüne sahip Attosecond darbelerinin, gelişmiş kendi kendini amplifiye edilmiş spontan emisyon (ESASE) yöntemi kullanılarak üretildiği bildirilmiştir.

Araştırma ekibi, Linac tutarlı olandan gelen yumuşak X-ışını Attosecond darbe çıkışını yükseltmek için XFEL'e dayalı iki aşamalı bir amplifikasyon sistemi kullandıışık kaynağıTW seviyesine kadar, bildirilen sonuçlara göre büyüklük iyileştirme sırası. Deney kurulumu, Şekil 1'de gösterilmiştir. ESase yöntemine dayanarak, fotokatod yayıcı yüksek akım sivri uçlu bir elektron ışını elde etmek için modüle edilir ve Attosecond X-ışını darbeleri üretmek için kullanılır. İlk darbe, Şekil 1'in sol üst köşesinde gösterildiği gibi, elektron ışınının başının ön kenarında bulunur. XFEL doygunluğa ulaştığında, elektron ışını bir manyetik kompresör tarafından X-ışını ile göre gecikir ve daha sonra darbe, esase modülasyonu veya fel lazer tarafından modifiye edilmeyen elektron ışını (taze dilim) ile etkileşir. Son olarak, Attosecond darbelerinin taze dilim ile etkileşimi yoluyla X-ışınlarını daha da yükseltmek için ikinci bir manyetik undulator kullanılır.

İNCİR. 1 deneysel cihaz diyagramı; İllüstrasyon, uzunlamasına faz boşluğunu (elektronun zaman-enerji diyagramı, yeşil), mevcut profili (mavi) ve birinci dereceden amplifikasyon (mor) ile üretilen radyasyonu gösterir. XTCAV, X-Band enine boşluk; CVMI, koaksiyel hızlı haritalama görüntüleme sistemi; FZP, Fresnel Bant Plakası Spektrometresi

Tüm Attosecond darbeleri gürültüden yapılmıştır, bu nedenle her nabız, araştırmacıların daha ayrıntılı olarak araştırdığı farklı spektral ve zaman alanı özelliklerine sahiptir. Spektrumlar açısından, farklı eşdeğer unulatör uzunluklarında ayrı ayrı darbelerin spektrumlarını ölçmek için bir Fresnel bant plakası spektrometresi kullandılar ve bu spektrumların ikincil amplifikasyondan sonra bile pürüzsüz dalga formlarını koruduğunu buldular. Zaman alanında, açısal saçak ölçülür ve darbenin zaman alanı dalga formu karakterize edilir. Şekil l'de gösterildiği gibi, X-ışını darbesi dairesel polarize kızılötesi lazer darbesi ile örtüşmektedir. X-ışını darbesi ile iyonlaştırılan fotoelektronlar, kızılötesi lazerin vektör potansiyelinin tersi yönde çizgiler üretecektir. Lazerin elektrik alanı zamanla döndüğü için, fotoelektronun momentum dağılımı elektron emisyonu süresi ile belirlenir ve emisyon süresinin açısal modu ile fotoelektronun momentum dağılımı arasındaki ilişki kurulur. Fotoelektron momentumunun dağılımı, koaksiyel hızlı haritalama görüntüleme spektrometresi kullanılarak ölçülür. Dağılım ve spektral sonuçlara dayanarak, Attosecond darbelerinin zaman alanı dalga formu yeniden yapılandırılabilir. Şekil 2 (a), nabız süresinin dağılımını, ortalama 440 AS ile göstermektedir. Son olarak, nabız enerjisini ölçmek için gaz izleme dedektörü kullanıldı ve tepe darbesi gücü ile Şekil 2 (b) 'de gösterildiği gibi darbe süresi arasındaki dağılım grafiği hesaplandı. Üç konfigürasyon, farklı elektron ışını odaklama koşullarına, tereddüt konma koşullarına ve manyetik kompresör gecikme koşullarına karşılık gelir. Üç konfigürasyon, maksimum pik gücü 1.1 TW ile sırasıyla 150, 200 ve 260 µJ ortalama darbe enerjileri verdi.

Şekil 2. (A) Yarım yükseklikte tam genişliğin (FWHM) darbe süresinin dağılım histogramı; (b) Pik gücü ve nabız süresine karşılık gelen dağılım grafiği

Ek olarak, çalışma ilk kez, amplifikasyon sırasında sürekli bir nabız kısaltması olarak görünen X-ışını bandında soliton benzeri süper simisyon olgusunu da gözlemlemiştir. Elektronlar ve radyasyon arasında güçlü bir etkileşimden kaynaklanır, enerji hızla elektrondan X-ışını darbesinin başına ve nabzın kuyruğundan elektrona geri aktarılır. Bu fenomenin derinlemesine incelenmesi yoluyla, daha kısa süreli ve daha yüksek tepe gücüne sahip X-ışını darbelerinin, süper yükleme amplifikasyon sürecini uzatarak ve soliton benzeri modda nabız kısaltmasından yararlanarak daha da gerçekleştirilmesi beklenmektedir.