Lazer pulsi me rreze X të klasit TW attosekond

Lazer pulsi me rreze X të klasit TW attosekond
Rrezet X atosekondelazer pulsime fuqi të lartë dhe kohëzgjatje të shkurtër pulsi janë çelësi për të arritur spektroskopinë jolineare ultra të shpejtë dhe imazhe të difraksionit me rreze X. Ekipi hulumtues në Shtetet e Bashkuara përdori një kaskadë me dy fazaLazer me elektrone pa rreze Xpër të nxjerrë impulse diskrete attosekonda. Krahasuar me raportet ekzistuese, fuqia mesatare e pikut të pulseve rritet me një renditje të madhësisë, fuqia maksimale e pikut është 1.1 TW dhe energjia mesatare është më shumë se 100 μJ. Studimi gjithashtu ofron prova të forta për sjelljen e superrrezatimit të ngjashëm me solitonin në fushën e rrezeve X.Lazer me energji të lartëkanë nxitur shumë fusha të reja kërkimi, duke përfshirë fizikën e fushës së lartë, spektroskopinë attosekonda dhe përshpejtuesit e grimcave lazer. Ndër të gjitha llojet e lazerëve, rrezet X përdoren gjerësisht në diagnostikimin mjekësor, zbulimin e defekteve industriale, inspektimin e sigurisë dhe kërkimin shkencor. Lazeri me elektron të lirë me rreze X (XFEL) mund të rrisë fuqinë maksimale të rrezeve X me disa renditje të madhësisë në krahasim me teknologjitë e tjera të gjenerimit të rrezeve X, duke zgjeruar kështu aplikimin e rrezeve X në fushën e spektroskopisë jolineare dhe të vetme. Imazhi i difraksionit të grimcave ku kërkohet fuqi e lartë. Attosecond XFEL i suksesshëm i kohëve të fundit është një arritje e madhe në shkencën dhe teknologjinë attosecond, duke rritur fuqinë maksimale të disponueshme me më shumë se gjashtë renditje të madhësisë në krahasim me burimet e rrezeve X në tavolinë.

Lazer me elektron të lirëmund të marrë energji impulsesh shumë urdhra të madhësisë më të larta se niveli i emetimit spontan duke përdorur paqëndrueshmërinë kolektive, e cila shkaktohet nga ndërveprimi i vazhdueshëm i fushës së rrezatimit në rrezen relativiste të elektronit dhe oshilatorin magnetik. Në diapazonin e fortë të rrezeve X (rreth 0,01 nm deri në 0,1 nm gjatësi vale), FEL arrihet me anë të kompresimit të paketave dhe teknikave konike pas ngopjes. Në rangun e butë të rrezeve X (rreth 0,1 nm deri në 10 nm gjatësi vale), FEL zbatohet nga teknologjia kaskadë e prerjes së freskët. Kohët e fundit, impulset attosekonda me një fuqi maksimale prej 100 GW janë raportuar të gjenerohen duke përdorur metodën e emetimit spontan të vetë-përforcuar (ESASE).

Ekipi hulumtues përdori një sistem amplifikues me dy faza të bazuar në XFEL për të përforcuar daljen e butë të pulsit attosekond të rrezeve X nga koherenti linac.burim dritenë nivelin TW, një rend i përmasave përmirësim mbi rezultatet e raportuara. Konfigurimi eksperimental është paraqitur në Figurën 1. Bazuar në metodën ESASE, emetuesi i fotokatodës modulohet për të marrë një rreze elektronike me rrymë të lartë dhe përdoret për të gjeneruar impulse me rreze X attosekondë. Pulsi fillestar ndodhet në skajin e përparmë të majës së rrezes së elektronit, siç tregohet në këndin e sipërm majtas të figurës 1. Kur XFEL arrin ngopjen, rrezja e elektronit vonohet në lidhje me rrezet X nga një kompresor magnetik, dhe më pas pulsi ndërvepron me rreze elektronike (fetë e freskët) që nuk modifikohet nga modulimi ESASE ose lazeri FEL. Së fundi, një undulator i dytë magnetik përdoret për të përforcuar më tej rrezet X përmes ndërveprimit të pulseve attosekonda me fetën e freskët.

FIG. 1 Diagrami i pajisjes eksperimentale; Ilustrimi tregon hapësirën gjatësore të fazës (diagrami kohë-energji e elektronit, jeshile), profilin e rrymës (blu) dhe rrezatimin e prodhuar nga amplifikimi i rendit të parë (vjollcë). XTCAV, zgavër tërthore me brez X; cVMI, sistem i imazhit të hartës së shpejtë koaksiale; FZP, spektromatër i pllakës së brezit Fresnel

Të gjitha pulset attosekonda janë ndërtuar nga zhurma, kështu që çdo puls ka veti të ndryshme spektrale dhe të fushës kohore, të cilat studiuesit i hulumtuan më në detaje. Për sa i përket spektrit, ata përdorën një spektrometër të pllakës së brezit Fresnel për të matur spektrat e impulseve individuale në gjatësi të ndryshme ekuivalente të valëzuesit, dhe zbuluan se këto spektra ruanin forma valore të lëmuara edhe pas amplifikimit sekondar, duke treguar se pulset mbetën unimodale. Në domenin e kohës, matet skaji këndor dhe karakterizohet forma valore e domenit kohor të pulsit. Siç tregohet në figurën 1, pulsi i rrezeve X mbivendoset me pulsin e lazerit të polarizuar në mënyrë rrethore. Fotoelektronet e jonizuara nga pulsi i rrezeve X do të prodhojnë vija në drejtim të kundërt me potencialin vektorial të lazerit infra të kuqe. Për shkak se fusha elektrike e lazerit rrotullohet me kohën, shpërndarja e momentit të fotoelektronit përcaktohet nga koha e emetimit të elektronit dhe vendoset marrëdhënia midis mënyrës këndore të kohës së emetimit dhe shpërndarjes së momentit të fotoelektronit. Shpërndarja e momentit të fotoelektronit matet duke përdorur një spektrometri koaksial të imazhit të hartës së shpejtë. Bazuar në shpërndarjen dhe rezultatet spektrale, forma e valës së fushës së kohës së pulseve attosekondë mund të rindërtohet. Figura 2 (a) tregon shpërndarjen e kohëzgjatjes së pulsit, me një mesatare prej 440 as. Së fundi, detektori i monitorimit të gazit u përdor për të matur energjinë e pulsit dhe u llogarit grafiku i shpërndarjes midis fuqisë së pikut të pulsit dhe kohëzgjatjes së pulsit siç tregohet në Figurën 2 (b). Të tre konfigurimet korrespondojnë me kushte të ndryshme të fokusimit të rrezeve elektronike, kushteve të kononimit të valëzimit dhe kushteve të vonesës së kompresorit magnetik. Të tre konfigurimet dhanë energji mesatare pulsi prej 150, 200 dhe 260 µJ, respektivisht, me një fuqi maksimale maksimale prej 1,1 TW.

Figura 2. (a) Histogrami i shpërndarjes së kohëzgjatjes së pulsit me gjerësi të plotë (FWHM); (b) Grafiku i shpërndarjes që korrespondon me fuqinë maksimale dhe kohëzgjatjen e pulsit

Përveç kësaj, studimi vëzhgoi gjithashtu për herë të parë fenomenin e superemetimit të ngjashëm me solitonin në brezin e rrezeve X, i cili shfaqet si një shkurtim i vazhdueshëm i pulsit gjatë amplifikimit. Shkaktohet nga një ndërveprim i fortë midis elektroneve dhe rrezatimit, me energji që transferohet me shpejtësi nga elektroni në kokën e pulsit të rrezeve X dhe përsëri tek elektroni nga bishti i pulsit. Nëpërmjet studimit të thelluar të këtij fenomeni, pritet që impulset me rreze X me kohëzgjatje më të shkurtër dhe fuqi maksimale më të lartë të mund të realizohen më tej duke zgjatur procesin e amplifikimit të superrrezatimit dhe duke përfituar nga shkurtimi i pulsit në modalitetin soliton.


Koha e postimit: Maj-27-2024