TW osztály Attosecond röntgen impulzus lézer
Attosekundumos röntgenimpulzusos lézerA nagy teljesítmény és a rövid impulzus időtartama a kulcsa az ultragyors nemlineáris spektroszkópia és a röntgendiffrakciós képalkotás eléréséhez. Az Egyesült Államok kutatócsoportja kétlépcsős kaszkádot használtRöntgenmentes elektron lézerekdiszkrét attosekundum -impulzusok kidolgozása. A meglévő jelentésekhez képest az impulzusok átlagos csúcsteljesítményét nagyságrenddel növelik, a maximális csúcsteljesítmény 1,1 TW, a medián energia meghaladja a 100 μJ -t. A tanulmány határozott bizonyítékot szolgáltat a röntgen területen a szoliton-szerű szuperradiációs viselkedésre is.Nagy energiájú lézerekszámos új kutatási területet vezettek, ideértve a magas terepi fizikát, az attosekundum-spektroszkópiát és a lézer részecskék gyorsítókat. Mindenféle lézer közül a röntgenfelvételeket széles körben használják az orvosi diagnózisban, az ipari hibák észlelésében, a biztonsági ellenőrzésben és a tudományos kutatásban. A röntgenmentes-elektron lézer (XFEL) a röntgenfelvétel csúcsát több nagyságrenddel növelheti a többi röntgengenerációs technológiához képest, ezáltal meghosszabbítva a röntgenfelvételt a nemlineáris spektroszkópia és az egyrészecskék diffrakciós képalkotás területére, ahol nagy teljesítményre van szükség. A közelmúltban sikeres Attosecond XFEL az attosekondos tudomány és technológia egyik fő eredménye, amely a rendelkezésre álló csúcsteljesítményt több mint hat nagyságrenddel növeli a röntgenforrásokhoz képest.
Ingyenes elektron lézerekAz impulzusenergiákat sok nagyságrenddel magasabb, mint a spontán emissziós szintnél kollektív instabilitás felhasználásával, amelyet a relativista elektronnyaláb és a mágneses oszcillátor folyamatos kölcsönhatása okoz. A kemény röntgen tartományban (kb. 0,01 nm-0,1 nm hullámhossz) a FEL-t a kötegek tömörítésével és az utólagos coning technikákkal érik el. A lágy röntgen tartományban (kb. 0,1 nm-10 nm hullámhossz) a FEL-t a Cascade Fresh Slice Technology végrehajtja. A közelmúltban arról számoltak be, hogy a 100 GW csúcsteljesítményű attosekundumos impulzusokat a továbbfejlesztett önálló spontán emissziós (ESASE) módszerrel generálják.
A kutatócsoport egy XFEL-en alapuló kétlépcsős amplifikációs rendszert használt a Linac Coherent lágy röntgen-attosekundum-kimenetének erősítéséhezfényforrásA TW szintre a nagyságrend javulása a bejelentett eredményekhez képest. A kísérleti beállítást az 1. ábra mutatja. Az ESASE módszer alapján a Photoathode Equitter modulálódik, hogy egy nagy áramú tüskével ellátott elektronnyalábot kapjon, és az attosecond röntgen impulzusok előállításához használják. A kezdeti impulzus az elektronnyaláb tüske első szélén helyezkedik el, amint azt az 1. ábra bal felső sarkában látható. Amikor az XFEL eléri a telítettséget, az elektronnyalábot egy mágneses kompresszorral késleltetik a röntgenhez viszonyítva, majd az impulzus kölcsönhatásba lép az elektronnyalábot (friss szelet), amelyet az ESASE moduláció vagy a Fele lézer nem módosít. Végül, egy második mágneses hullámzást használnak a röntgen további erősítésére az attosekundumos impulzusok és a friss szelet kölcsönhatása révén.
FÜGE. 1 kísérleti eszközdiagram; Az ábra a hosszanti fázisterületet (az elektron, zöld), az aktuális profilt (kék) és az elsőrendű amplifikáció (lila) által előállított sugárzást mutatja. XTCAV, X-sávú keresztirányú üreg; CVMI, koaxiális gyors leképezési képalkotó rendszer; FZP, Fresnel sávlemez spektrométer
Az összes attosekondos impulzus zajból készül, tehát minden impulzusnak eltérő spektrum- és időtartományú tulajdonságai vannak, amelyeket a kutatók részletesebben feltártak. A spektrumok szempontjából egy Fresnel sávlemez -spektrométert használtak az egyes impulzusok spektrumainak mérésére különböző ekvivalens diszmulátorhosszúságon, és megállapították, hogy ezek a spektrumok a sima hullámformákat is fenntartották a másodlagos amplifikáció után is, jelezve, hogy az impulzusok nem éltek. Az időtartományban a szögletes bordát mérik, és az impulzus időtartományának hullámformáját jellemzik. Amint az az 1. ábrán látható, a röntgen impulzus átfedésben van a körkörösen polarizált infravörös lézerimpulzussal. A röntgen impulzussal ionizált fotoelektronok csíkokat hoznak létre az infravörös lézer vektorpotenciáljával szemben. Mivel a lézer elektromos mezője az idő múlásával forog, a fotoelektron lendületeloszlását az elektronkibocsátás ideje határozza meg, és a kibocsátási idő szögi módja és a fotoelektron lendületeloszlásának kapcsolata meghatározódik. A fotoelektron lendület eloszlását koaxiális gyors leképezési képalkotó spektrométerrel mérjük. Az eloszlás és a spektrális eredmények alapján az attosekundumos impulzusok időtartományú hullámformája rekonstruálható. A 2 (a) ábra az impulzus időtartamának eloszlását mutatja, a 440 -es mediánnal. Végül kiszámítottuk a gázfigyelő detektorot az impulzus energia mérésére, és kiszámítottuk a 2. ábra (b) ábra szerinti pulzus -időtartam közötti szórási diagramot. A három konfiguráció megfelel a különböző elektronnyaláb -fókuszálási körülményeknek, ingadozó körülményeknek és a mágneses kompresszor késleltetési körülményeinek. A három konfiguráció átlagos impulzus energiát 150, 200 és 260 µj, maximális csúcsteljesítményű 1,1 TW -t.
2. ábra. (A) A félmagasság teljes szélességének (FWHM) pulzus időtartamának eloszlási hisztogramja; (b) A csúcsteljesítménynek és az impulzus időtartamának megfelelő szórási grafikon
Ezenkívül a tanulmány a szoliton-szerű szuperemisszió jelenségét is megfigyelte a röntgen sávban, amely az amplifikáció során folyamatos impulzus rövidítésként jelenik meg. Ezt az elektronok és a sugárzás közötti erős kölcsönhatás okozza, az energiát az elektronból a röntgen impulzus fejébe gyorsan áthelyezik, és az elektronba az impulzus farkából. Ennek a jelenségnek a mélyreható tanulmányozása révén várható, hogy a rövidebb időtartamú és a magasabb csúcsteljesítményű röntgen impulzusok tovább realizálhatók a szuperradiációs amplifikációs folyamat meghosszabbításával és az impulzusok rövidítésének kihasználásával szoliton-szerű módban.
A postai idő: május-27-2024