Lazer pulsi me rreze X të klasës TW Attosecond
X-ray Attosecondlazer pulsiMe fuqi të lartë dhe kohëzgjatjen e shkurtër të pulsit janë çelësi për të arritur spektroskopinë jolineare ultrafastike dhe imazhin e difraksionit me rreze X. Ekipi hulumtues në Shtetet e Bashkuara përdori një kaskadë me dy fazaLazer elektronik pa rreze Xpër të dalë nga pulset diskrete diskrete. Në krahasim me raportet ekzistuese, fuqia mesatare kulmore e pulseve është rritur me një renditje të madhësisë, fuqia maksimale e pikut është 1.1 TW, dhe energjia mesatare është më shumë se 100 μJ. Studimi gjithashtu siguron prova të forta për sjelljen e mbivendosjes në formë solitoni në fushën e rrezeve X.Lazer me energji të lartëkanë drejtuar shumë zona të reja të hulumtimit, duke përfshirë fizikën e fushës së lartë, spektroskopinë e Attosecond dhe përshpejtuesit e grimcave lazer. Ndër të gjitha llojet e lazerëve, rrezet X përdoren gjerësisht në diagnozën mjekësore, zbulimin e të metës industriale, inspektimin e sigurisë dhe hulumtimin shkencor. Laser me elektron të lirë me rreze X (XFEL) mund të rrisë fuqinë e pikut me rreze X me disa urdhëra të madhësisë në krahasim me teknologjitë e tjera të gjenerimit me rreze X, duke shtrirë kështu aplikimin e rrezeve X në fushën e spektroskopisë jolineare dhe imazheve të difraksionit me një grimcë, ku kërkohet fuqi e lartë. XFEL i suksesshëm i fundit i suksesshëm është një arritje e madhe në shkencën dhe teknologjinë e Attosecond, duke rritur fuqinë e pikut të disponueshëm me më shumë se gjashtë urdhra të madhësisë në krahasim me burimet me rreze X të Benchtop.
Lazer elektronik falasMund të marrë energji pulsi Shumë urdhëra të madhësisë më të larta se niveli i emetimit spontan duke përdorur paqëndrueshmëri kolektive, e cila është shkaktuar nga ndërveprimi i vazhdueshëm i fushës së rrezatimit në rrezen e elektroneve relativiste dhe oshilatorin magnetik. Në rangun e vështirë të rrezeve X (rreth 0.01 nm deri 0,1 nm gjatësi vale), FEL arrihet me kompresimin e paketave dhe teknikat e koningut pas ngasjes. Në intervalin e butë me rreze x (rreth 0,1 nm deri në 10 nm gjatësi vale), FEL zbatohet nga teknologjia e fetë e freskët e kaskadës. Kohët e fundit, pulset e Attosecond me një fuqi kulmore prej 100 GW janë raportuar të gjenerohen duke përdorur metodën e përmirësuar të emetimit spontan të vetë-amplifikuar (ESASE).
Ekipi hulumtues përdori një sistem të amplifikimit me dy faza bazuar në XFEL për të forcuar daljen e butë të pulsit me rreze X nga Linac koherent Linacburim i dritësNë nivelin TW, një rend i përmirësimit të madhësisë mbi rezultatet e raportuara. Vendosja eksperimentale është treguar në figurën 1 bazuar në metodën ESASE, emituesi i fotokatodës modulohet për të marrë një rreze elektronike me një goditje të lartë të rrymës, dhe përdoret për të gjeneruar pulset me rreze X Atosecond. Pulsi fillestar është i vendosur në skajin e përparmë të pikës së rrezes së elektroneve, siç tregohet në këndin e sipërm të majtë të figurës 1. Kur XFEL arrin ngopjen, rrezja e elektroneve vonohet në krahasim me rrezet X nga një kompresor magnetik, dhe më pas pulsi ndërvepron me rrezen e elektroneve (feta e freskët) që nuk është modifikuar nga modulimi ESase ose lazeri FEL. Më në fund, një underator i dytë magnetik përdoret për të forcuar më tej rrezet X përmes bashkëveprimit të pulseve të Attosecond me fetë të freskët.
Fig. 1 diagram i pajisjes eksperimentale; Ilustrimi tregon hapësirën e fazës gjatësore (diagramin e energjisë kohore të elektronit, jeshil), profilin aktual (blu) dhe rrezatimin e prodhuar nga amplifikimi i rendit të parë (vjollcë). XTCAV, zgavra tërthore e bandës X; CVMI, sistemi i imazhit të hartës së shpejtë koaksial; FZP, spektrometri i pllakave të brezit Fresnel
Të gjitha pulset e Attosecond janë ndërtuar nga zhurma, kështu që secila 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 pllaka të brezit Fresnel për të matur spektrin e pulseve individuale në gjatësi të ndryshme ekuivalente të zhveshjes, dhe zbuluan se këto spektër mbanin forma të valëve të lëmuara edhe pas amplifikimit dytësor, duke treguar që pulset mbetën joimodale. Në fushën kohore, matet skaji këndor dhe karakterizohet forma e valës së domain -it të pulsit. Siç tregohet në Figurën 1, pulsi me rreze X është i mbivendosur me pulsin lazer infra të kuqe të polarizuar rrethor. Fotelectronet e jonizuara nga pulsi me rreze X do të prodhojnë shirita në drejtim të kundërt me potencialin vektor të lazerit infra të kuq. Për shkak se fusha elektrike e lazerit rrotullohet me kohën, shpërndarja e momentit të fotoelektronit përcaktohet nga koha e emetimit të elektroneve, dhe është krijuar marrëdhënia midis mënyrës këndore të kohës së emetimit dhe shpërndarjes së momentit të fotoelektronit. Shpërndarja e momentit të fotoelektronit matet duke përdorur një spektrometër koaksial të imazhit të shpejtë të hartës. Bazuar në shpërndarjen dhe rezultatet spektrale, forma e valës së fushës kohore të pulseve Attosecond mund të rikonstruktohet. Figura 2 (a) tregon shpërndarjen e kohëzgjatjes së pulsit, me një mesatare prej 440 si. Më në fund, detektori i monitorimit të gazit u përdor për të matur energjinë e pulsit, dhe u llogarit komploti i shpërndarjes midis fuqisë së pulsit të pikut dhe kohëzgjatjes së pulsit siç tregohet në figurën 2 (b). Tre konfigurimet korrespondojnë me kushte të ndryshme të përqendrimit të rrezeve elektronike, kushte konvikti të lëkundjes dhe kushte të vonesës së kompresorit magnetik. Tre konfigurimet dhanë energji mesatare të pulsit prej 150, 200 dhe 260 μJ, përkatësisht, me një fuqi maksimale kulmore prej 1.1 TW.
Figura 2. (A) Histogrami i shpërndarjes së kohëzgjatjes së pulsit me gjerësi gjysmë të lartë (FWHM); (b) Komploti i shpërndarjes që korrespondon me fuqinë kulmore dhe kohëzgjatjen e pulsit
Për më tepër, studimi vërejti edhe për herë të parë fenomenin e mbivendosjes së ngjashme me solitonin në brezin me rreze X, i cili shfaqet si një shkurtim i vazhdueshëm i pulsit gjatë amplifikimit. Ajo është shkaktuar nga një ndërveprim i fortë midis elektroneve dhe rrezatimit, me energji të transferuar me shpejtësi nga elektroni në kokën e pulsit me rreze X dhe përsëri në elektron nga bishti i pulsit. Përmes studimit të thelluar të këtij fenomeni, pritet që pulset me rreze X me kohëzgjatje më të shkurtër dhe fuqi më të lartë të pikut të mund të realizohen më tej duke zgjatur procesin e amplifikimit të mbivendosjes dhe duke përfituar nga shkurtimi i pulsit në modalitetin e ngjashëm me soliton.
Koha e postimit: maj-27-2024