TW sinfidagi attosekundli rentgen impulsli lazer

TW sinfidagi attosekundli rentgen impulsli lazer
Attosekundli rentgenimpulsli lazeryuqori quvvat va qisqa impuls davomiyligi ultra tez chiziqli bo'lmagan spektroskopiya va rentgen difraksion tasvirlashga erishishning kalitidir. Qo'shma Shtatlardagi tadqiqot guruhi ikki bosqichli kaskaddan foydalanganRentgensiz elektron lazerlardiskret attosekund impulslarini chiqarish uchun. Mavjud hisobotlar bilan taqqoslaganda, impulslarning o'rtacha cho'qqi kuchi bir darajaga oshgan, maksimal cho'qqi quvvati 1,1 TW ni tashkil qiladi va median energiyasi 100 μJ dan ortiq. Tadqiqot shuningdek, rentgen maydonida solitonga o'xshash superradiatsiya xatti-harakatlari uchun kuchli dalillarni taqdim etadi.Yuqori energiyali lazerlaryuqori maydonli fizika, attosekundli spektroskopiya va lazer zarrachalari tezlatgichlari kabi ko'plab yangi tadqiqot sohalarini rivojlantirdi. Barcha turdagi lazerlar orasida rentgen nurlari tibbiy diagnostika, sanoat nuqsonlarini aniqlash, xavfsizlik tekshiruvi va ilmiy tadqiqotlarda keng qo'llaniladi. Rentgen nurlari erkin elektron lazeri (XFEL) boshqa rentgen nurlarini yaratish texnologiyalariga nisbatan eng yuqori rentgen quvvatini bir necha darajaga oshirishi mumkin, shu bilan rentgen nurlarini qo'llashni yuqori quvvat talab qilinadigan nochiziqli spektroskopiya va bitta zarrachali difraktsiya tasvirlash sohasiga kengaytiradi. Yaqinda muvaffaqiyatli amalga oshirilgan attosekundli XFEL attosekundli fan va texnologiyadagi katta yutuq bo'lib, mavjud eng yuqori quvvatni stol usti rentgen manbalariga nisbatan olti darajadan ko'proqqa oshiradi.

Erkin elektron lazerlarirelyativistik elektron nuri va magnit osilatordagi nurlanish maydonining uzluksiz o'zaro ta'siri natijasida yuzaga keladigan kollektiv beqarorlik yordamida spontan emissiya darajasidan bir necha daraja yuqori impuls energiyalarini olish mumkin. Qattiq rentgen nurlari diapazonida (taxminan 0,01 nm dan 0,1 nm gacha to'lqin uzunligi) FELga bog'lamni siqish va to'yingandan keyingi konuslash texnikasi orqali erishiladi. Yumshoq rentgen nurlari diapazonida (taxminan 0,1 nm dan 10 nm gacha to'lqin uzunligi) FEL kaskadli yangi kesilgan texnologiya yordamida amalga oshiriladi. Yaqinda 100 GVt cho'qqi quvvatiga ega attosekundli impulslar kuchaytirilgan o'z-o'zini kuchaytiruvchi spontan emissiya (ESASE) usuli yordamida hosil qilingani haqida xabar berilgan.

Tadqiqot guruhi linak kogerentidan yumshoq rentgen attosekundli impuls chiqishini kuchaytirish uchun XFEL asosidagi ikki bosqichli kuchaytirish tizimidan foydalangan.yorug'lik manbaiTW darajasiga, xabar qilingan natijalarga nisbatan kattalik tartibida yaxshilanish. Eksperimental sozlash 1-rasmda ko'rsatilgan. ESASE usuliga asoslanib, fotokatod emitenti yuqori tok kuchlanishiga ega elektron nurini olish uchun modulyatsiya qilinadi va attosekundli rentgen impulslarini yaratish uchun ishlatiladi. Dastlabki impuls 1-rasmning yuqori chap burchagida ko'rsatilganidek, elektron nurining kuchlanishining oldingi chetida joylashgan. XFEL to'yinganlikka yetganda, elektron nuri magnit kompressor tomonidan rentgen nuriga nisbatan kechiktiriladi va keyin impuls ESASE modulyatsiyasi yoki FEL lazeri tomonidan o'zgartirilmagan elektron nuri (yangi kesma) bilan o'zaro ta'sir qiladi. Nihoyat, attosekundli impulslarning yangi kesma bilan o'zaro ta'siri orqali rentgen nurlarini yanada kuchaytirish uchun ikkinchi magnit undulator ishlatiladi.

1-rasm. Eksperimental qurilma diagrammasi; Rasmda uzunlamasına faza fazasi (elektronning vaqt-energiya diagrammasi, yashil), oqim profili (ko'k) va birinchi tartibli kuchaytirish natijasida hosil bo'lgan nurlanish (binafsha rang) ko'rsatilgan. XTCAV, X-diapazonli ko'ndalang bo'shliq; cVMI, koaksial tezkor xaritalash tasvirlash tizimi; FZP, Fresnel tasmasi plastinka spektrometri

Barcha attosekund impulslari shovqindan tuzilgan, shuning uchun har bir impuls turli xil spektral va vaqt domeni xususiyatlariga ega, tadqiqotchilar ularni batafsilroq o'rganib chiqdilar. Spektrlar nuqtai nazaridan ular turli ekvivalent undulyator uzunliklarida individual impulslarning spektrlarini o'lchash uchun Fresnel tasmali plastinka spektrometridan foydalanishdi va bu spektrlar ikkilamchi kuchaytirilgandan keyin ham silliq to'lqin shakllarini saqlab qolishini aniqladilar, bu esa impulslarning unimodal bo'lib qolishini ko'rsatadi. Vaqt domenida burchak chegarasi o'lchanadi va impulsning vaqt domeni to'lqin shakli tavsiflanadi. 1-rasmda ko'rsatilganidek, rentgen impulsi doiraviy qutblangan infraqizil lazer impulsi bilan qoplanadi. Rentgen impulsi bilan ionlangan fotoelektronlar infraqizil lazerning vektor potensialiga teskari yo'nalishda chiziqlar hosil qiladi. Lazerning elektr maydoni vaqt bilan aylanganligi sababli, fotoelektronning impuls taqsimoti elektron emissiya vaqti bilan belgilanadi va emissiya vaqtining burchak rejimi va fotoelektronning impuls taqsimoti o'rtasidagi bog'liqlik o'rnatiladi. Fotoelektron impulsining taqsimlanishi koaksial tezkor xaritalash tasvirlash spektrometri yordamida o'lchanadi. Taqsimot va spektral natijalarga asoslanib, attosekund impulslarining vaqt domeni to'lqin shaklini qayta tiklash mumkin. 2(a)-rasmda medianasi 440 ok bo'lgan impuls davomiyligining taqsimlanishi ko'rsatilgan. Nihoyat, impuls energiyasini o'lchash uchun gaz monitoring detektori ishlatilgan va 2(b)-rasmda ko'rsatilgandek, eng yuqori impuls kuchi va impuls davomiyligi o'rtasidagi tarqoqlik grafigi hisoblangan. Uchta konfiguratsiya turli elektron nurlarining fokuslanish sharoitlariga, to'lqin konuslanish sharoitlariga va magnit kompressorning kechikish sharoitlariga mos keladi. Uchta konfiguratsiya mos ravishda 150, 200 va 260 µJ o'rtacha impuls energiyalarini berdi, maksimal eng yuqori quvvat esa 1,1 TW edi.

2-rasm. (a) Yarim balandlikdagi to'liq kenglikdagi (FWHM) impuls davomiyligining taqsimot gistogrammasi; (b) Eng yuqori quvvat va impuls davomiyligiga mos keladigan tarqoqlik grafigi

Bundan tashqari, tadqiqotda birinchi marta rentgen diapazonida solitonga o'xshash superemissiya hodisasi kuzatildi, bu kuchaytirish paytida uzluksiz impuls 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 impulsning dumidan elektronga tez o'tadi. Ushbu hodisani chuqur o'rganish orqali, super nurlanish kuchaytirish jarayonini kengaytirish va solitonga o'xshash rejimda impuls qisqarishidan foydalanish orqali qisqaroq davomiylik va yuqori cho'qqi quvvatiga ega rentgen impulslarini yanada amalga oshirish mumkinligi kutilmoqda.