TW-luokan attekunnin röntgenpulssilaser
Atotosekunnin röntgenkuvapulssilaserSuurella teholla ja lyhyellä pulssilla kesto on avain ultrasopimuksen epälineaarisen spektroskopian ja röntgendiffraktion kuvantamisen saavuttamiseksi. Yhdysvaltain tutkimusryhmä käytti kaksivaiheista kaskadiaRöntgenvapaat elektronilaseritdiskreettien attekunnin pulssien tulostaminen. Nykyisiin raportteihin verrattuna pulssien keskimääräinen huipputeho kasvaa suuruusluokkaa, maksimihuipun teho on 1,1 TW ja mediaanienergia on yli 100 μJ. Tutkimus tarjoaa myös vahvaa näyttöä solitonin kaltaisesta supersääsittelykäyttäytymisestä röntgenkentällä.Energian laseritovat ajaneet monia uusia tutkimusalueita, mukaan lukien korkean kentän fysiikka, atosekunnin spektroskopia ja laserpartikkelikiihdyttimet. Kaikenlaisten laserien joukossa röntgenkuvia käytetään laajasti lääketieteellisessä diagnoosissa, teollisuuden puutteiden havaitsemisessa, turvallisuustarkastuksessa ja tieteellisessä tutkimuksessa. Röntgenvapaiden elektronilaseri (XFEL) voi lisätä huippu-röntgentehoa useilla suuruusluokilla verrattuna muihin röntgentuotantotekniikoihin, mikä laajentaa röntgenkuvien käyttöä epälineaarisen spektroskopian ja yhden hiukkasen diffraktiokuvauksen kenttään, jossa vaaditaan suurta tehoa. Äskettäinen onnistunut Attosecond XFEL on merkittävä saavutus Attescond-tieteessä ja tekniikassa, mikä lisää käytettävissä olevaa huipputehoa yli kuusi suuruusluokkaa verrattuna penkki-röntgenlähteisiin.
Ilmaiset elektronilaseritVoi saada pulssienergioita monia suuruusluokkaa korkeammat kuin spontaani emissiotaso käyttämällä kollektiivista epävakautta, mikä johtuu säteilykentän jatkuvasta vuorovaikutuksesta relativistisessa elektronisäksyssä ja magneettisen oskillaattorin. Kovalla röntgen-alueella (noin 0,01 nm-0,1 nm: n aallonpituus) FEL saavutetaan kimppujen puristus- ja tyydyttymisen jälkeen. Pehmeällä röntgen-alueella (noin 0,1-10 nm: n aallonpituus) FEL toteutetaan kaskadin tuoreviipale-tekniikalla. Äskettäin ATTOSECOND-pulssien, joiden piikkiteho on 100 GW, on ilmoitettu tuottavan käyttämällä tehostettua itsevammitettua spontaania emissio (ESASE) -menetelmää.
Tutkimusryhmä käytti XFEL: ään perustuvaa kaksivaiheista vahvistusjärjestelmää pehmeän röntgen-attosekunnin pulssilähdön monistamiseksi LINAC-koherentistavalonlähdeTW -tasolle, suuruusluokan parannusjärjestys verrattuna ilmoitettuihin tuloksiin. Kokeellinen asetus on esitetty kuvassa 1. ESASE-menetelmän perusteella fotokatodien emitteriä moduloidaan saamaan elektronisäde, jolla on korkea virran piikki, ja sitä käytetään generoimaan attekunnin röntgenpulsseja. Alkuperäinen pulssi sijaitsee elektronisäteen piikin etureunassa, kuten kuvan 1 vasemmassa yläkulmassa esitetään. Kun XFEL saavuttaa kylläisyyden, elektronisäde viivästyy suhteessa röntgenkuvaukseen magneettikompressorilla, ja sitten pulssi on vuorovaikutuksessa elektronisäteen kanssa (tuore viipale), jota ei modifioida ESASE-modulaatiolla tai Fel-laserilla. Lopuksi käytetään toista magneettista adulatoria, joka monistaa röntgenkuvat edelleen Attesekunnin pulssien vuorovaikutuksella tuoreen viipaleen kanssa.
KUVA. 1 kokeellinen laitekaavio; Kuva näyttää pitkittäisfaasitila (elektronin aika-energiakaavio, vihreä), nykyisen profiilin (sininen) ja ensimmäisen asteen monistuksen (violetti) tuottaman säteilyn (violetti). XTCAV, X-Band poikittaisontelo; CVMI, koaksiaalinen nopea kartoituskuvausjärjestelmä; FZP, Fresnel -kaistalevyn spektrometri
Kaikki attesekunnin pulssit on rakennettu melusta, joten jokaisella pulssilla on erilaiset spektri- ja aika-alueen ominaisuudet, joita tutkijat tutkivat yksityiskohtaisemmin. Spektrien suhteen he käyttivät Fresnel -kaistalevyn spektrometriä yksittäisten pulssien spektrien mittaamiseksi eri ekvivalenteisilla aaltolaitteiden pituuksilla ja havaitsivat, että nämä spektrit pitivät sileitä aaltomuotoja myös sekundaarisen monistuksen jälkeen, mikä osoittaa, että pulssit pysyivät yksimuodoina. Aika -alueella mitataan kulma reuna ja pulssin aika -aaltomuoto on karakterisoitu. Kuten kuviossa 1 esitetään, röntgenpulssi on päällekkäin pyöreällä polarisoidulla infrapunasävypulssilla. Röntgenpulssin ionisoimat fotoelektronit tuottavat raitoja infrapunalaserin vektoripotentiaalin vastapäätä olevaan suuntaan. Koska laserin sähkökenttä pyörii ajan myötä, fotoelektronin momenttijakauma määräytyy elektroniemission ajan ja päästöajan kulmatilan ja fotoelektronin momenttijakauman välinen suhde. Fotoelektronimomentin jakauma mitataan koaksiaalisella nopealla kartoituskuvausspektrometrillä. Jakelu- ja spektritulosten perusteella voidaan rekonstruoida ATTOSECOND-pulssien aika-alueen aaltomuoto. Kuvio 2 (a) näyttää pulssin keston jakautumisen, mediaanilla 440 AS. Lopuksi kaasun seurannan ilmaisinta käytettiin pulssin energian mittaamiseen, ja piipun pulssin ja pulssin keston välinen sirontakaavio, kuten kuviossa 2 (b) esitetään, välillä. Kolme kokoonpanoa vastaavat erilaisia elektronisäteen tarkennusolosuhteita, heilahoitoa ja magneettisia kompressorin viiveolosuhteita. Kolme konfiguraatiota tuottivat vastaavasti keskimääräiset pulssienergiat 150, 200 ja 260 µj: n, enimmäisvoimalla 1,1 TW.
Kuvio 2. (A) Puolikorkeuden koko leveyden (FWHM) pulssin keston jakautumishistogrammi; (b) sirontakaavio, joka vastaa huipputehoa ja pulssin kestoa
Lisäksi tutkimuksessa havaittiin myös ensimmäistä kertaa solitonin kaltaisen ylimission ilmiö röntgenkaistalla, joka näyttää jatkuvan pulssin lyhentymisenä monistuksen aikana. Se johtuu elektronien ja säteilyn välisestä voimakkaasta vuorovaikutuksesta, ja energia siirtyy nopeasti elektronista röntgenpulssin päähän ja takaisin elektroniin pulssin hännästä. Tämän ilmiön perusteellisen tutkimuksen avulla odotetaan, että röntgenpulssit, joilla on lyhyempi ja korkeampi piikkiteho, voidaan edelleen toteuttaa laajentamalla superradioinnin monistusprosessia ja hyödyntämällä pulssin lyhenemistä solitonin kaltaisessa tilassa.
Viestin aika: toukokuu-27-2024