TW sinfidagi attosekundli rentgen pulsli lazer

TW sinfidagi attosekundli rentgen pulsli lazer
Attosekund rentgenogrammasipulsli lazeryuqori quvvat va qisqa puls davomiyligi bilan ultratezsiz chiziqli bo'lmagan spektroskopiya va rentgen nurlari diffraktsiyasiga erishish uchun kalit hisoblanadi. Qo'shma Shtatlardagi tadqiqot guruhi ikki bosqichli kaskaddan foydalanganX-raysiz elektron lazerlardiskret attosekundli impulslarni chiqarish uchun. Mavjud hisobotlar bilan taqqoslaganda, impulslarning o'rtacha tepalik kuchi kattalik tartibiga ko'tariladi, maksimal tepalik quvvati 1,1 TVt, o'rtacha energiya esa 100 mJ dan ortiq. Tadqiqot shuningdek, rentgen nurlari sohasida solitonga o'xshash superradiatsiya harakati uchun kuchli dalillarni taqdim etadi.Yuqori energiyali lazerlartadqiqotning ko'plab yangi yo'nalishlari, jumladan, yuqori maydon fizikasi, attosekundli spektroskopiya va lazer zarracha tezlatgichlari. Lazerlarning barcha turlari orasida rentgen nurlari tibbiy diagnostika, sanoat nuqsonlarini aniqlash, xavfsizlikni tekshirish va ilmiy tadqiqotlarda keng qo'llaniladi. Erkin elektronli rentgen lazeri (XFEL) rentgen nurlarining maksimal quvvatini boshqa rentgen nurlarini yaratish texnologiyalari bilan solishtirganda bir necha darajaga oshirishi mumkin, bu esa rentgen nurlarini chiziqli bo'lmagan spektroskopiya va bir-biriga nisbatan qo'llanilishini kengaytirish imkonini beradi. yuqori quvvat talab qilinadigan zarracha diffraktsiyasini tasvirlash. Yaqinda muvaffaqiyatli attosecond XFEL attosekund fan va texnologiyasida katta yutuq bo'lib, dastgoh rentgen nurlari manbalariga nisbatan mavjud bo'lgan maksimal quvvatni oltitadan ortiq darajaga oshiradi.

Erkin elektron lazerlarrelativistik elektron nurlari va magnit osilatordagi radiatsiya maydonining uzluksiz o'zaro ta'siridan kelib chiqadigan kollektiv beqarorlik yordamida o'z-o'zidan emissiya darajasidan ko'p kattalikdagi impuls energiyasini olishi mumkin. Qattiq rentgen diapazonida (taxminan 0,01 nm dan 0,1 nm to'lqin uzunligi) FELga to'plamni siqish va to'yingandan keyin konuslash usullari orqali erishiladi. Yumshoq rentgen diapazonida (taxminan 0,1 nm dan 10 nm to'lqin uzunligi) FEL kaskadli yangi bo'lak texnologiyasi bilan amalga oshiriladi. So'nggi paytlarda 100 GVt quvvatga ega attosekundli impulslar kuchaytirilgan o'z-o'zidan kuchaytirilgan spontan emissiya (ESASE) usuli yordamida ishlab chiqarilganligi haqida xabar berilgan.

Tadqiqot guruhi linac kogerentdan yumshoq rentgen attosekundli impuls chiqishini kuchaytirish uchun XFEL asosidagi ikki bosqichli kuchaytirish tizimidan foydalangan.yorug'lik manbaiTW darajasiga, xabar qilingan natijalarga nisbatan kattalikni yaxshilash tartibi. Eksperimental o‘rnatish 1-rasmda ko‘rsatilgan. ESASE usuli asosida fotokatodli emitter yuqori tok ko‘tarilishiga ega bo‘lgan elektron nurni olish uchun modulyatsiya qilinadi va attosekundli rentgen impulslarini hosil qilish uchun ishlatiladi. Dastlabki impuls 1-rasmning yuqori chap burchagida ko'rsatilganidek, elektron nurning boshoqchasining oldingi chetida joylashgan. XFEL to'yinganlikka yetganda, magnit kompressor tomonidan elektron nurlar rentgen nuriga nisbatan kechiktiriladi, va keyin impuls ESASE modulyatsiyasi yoki FEL lazeri tomonidan o'zgartirilmagan elektron nur (yangi tilim) bilan o'zaro ta'sir qiladi. Va nihoyat, attosekund impulslarining yangi bo'lak bilan o'zaro ta'siri orqali rentgen nurlarini yanada kuchaytirish uchun ikkinchi magnit to'lqinli qurilma ishlatiladi.

ANJIR. 1 Eksperimental qurilma diagrammasi; Rasmda uzunlamasına faza maydoni (elektronning vaqt-energiya diagrammasi, yashil), oqim profili (ko'k) va birinchi darajali kuchaytirish natijasida hosil bo'lgan nurlanish (binafsha) ko'rsatilgan. XTCAV, X diapazoni ko'ndalang bo'shlig'i; cVMI, koaksiyal tezkor xaritalash tasvirlash tizimi; FZP, Fresnel tarmoqli plastinka spektrometri

Barcha attosekund impulslari shovqindan qurilgan, shuning uchun har bir impuls turli xil spektral va vaqt-domen xususiyatlariga ega, tadqiqotchilar ularni batafsilroq o'rganib chiqdilar. Spektrlar nuqtai nazaridan, ular turli ekvivalent to'lqinli uzunlikdagi individual impulslarning spektrlarini o'lchash uchun Fresnel tarmoqli plastinka spektrometridan foydalanganlar va bu spektrlar ikkilamchi kuchaytirilgandan keyin ham silliq to'lqin shakllarini saqlab qolishini aniqladilar, bu esa impulslarning unimodal bo'lib qolganligini ko'rsatadi. Vaqt zonasida burchak chegarasi o'lchanadi va pulsning vaqt domenining to'lqin shakli tavsiflanadi. 1-rasmda ko'rsatilganidek, rentgen impulsi dumaloq qutblangan infraqizil lazer zarbasi bilan qoplangan. Rentgen impulsi bilan ionlangan fotoelektronlar infraqizil lazerning vektor potentsialiga teskari yo'nalishda chiziqlar hosil qiladi. Lazerning elektr maydoni vaqt o'tishi bilan aylanganligi sababli, fotoelektronning impuls taqsimoti elektronni chiqarish vaqti bilan aniqlanadi va emissiya vaqtining burchak rejimi va fotoelektronning impuls taqsimoti o'rtasidagi bog'liqlik o'rnatiladi. Fotoelektron impulsning taqsimlanishi koaksiyal tezkor xaritalash tasvirlash spektrometri yordamida o'lchanadi. Tarqatish va spektral natijalarga asoslanib, attosekund impulslarining vaqt-domen to'lqin shaklini qayta qurish mumkin. Shakl 2 (a) impuls davomiyligining taqsimlanishini ko'rsatadi, median 440 kabi. Nihoyat, gaz monitoringi detektori impuls energiyasini o'lchash uchun ishlatilgan va 2 (b)-rasmda ko'rsatilgandek, impulsning maksimal quvvati va zarba davomiyligi o'rtasidagi tarqalish grafigi hisoblab chiqilgan. Uchta konfiguratsiya turli xil elektron nurlarini fokuslash sharoitlariga, tebranish konining shartlariga va magnit kompressorni kechiktirish sharoitlariga mos keladi. Uchta konfiguratsiya mos ravishda 150, 200 va 260 mkJ pulsning o'rtacha energiyasini berdi, maksimal maksimal quvvati 1,1 TVt.

Shakl 2. (a) Yarim balandlikdagi taqsimot gistogrammasi To'liq kenglikdagi (FWHM) puls davomiyligi; (b) maksimal quvvat va impuls davomiyligiga mos keladigan tarqalish sxemasi

Bundan tashqari, tadqiqotda birinchi marta rentgen diapazonidagi solitonga o'xshash superemissiya hodisasi kuzatildi, bu esa kuchaytirish vaqtida doimiy pulsning qisqarishi sifatida namoyon bo'ladi. Bu elektronlar va nurlanish o'rtasidagi kuchli o'zaro ta'sir natijasida yuzaga keladi, energiya elektrondan rentgen impulsining boshiga va pulsning dumidan elektronga tez o'tadi. Ushbu hodisani chuqur o'rganish orqali qisqaroq davomiylik va yuqori cho'qqi quvvatiga ega rentgen impulslarini superradiatsiyani kuchaytirish jarayonini kengaytirish va solitonga o'xshash rejimda impulslarni qisqartirishdan foydalanish orqali amalga oshirilishi kutilmoqda.