Laser pulsa sinar-X attosecond kelas TW

Laser pulsa sinar-X attosecond kelas TW
Sinar-X Atodetiklaser pulsakalayan kakuatan anu luhur sareng durasi pulsa anu pondok mangrupikeun konci pikeun ngahontal spéktroskopi nonlinier ultrafast sareng pencitraan difraksi sinar-X. Tim panaliti di Amérika Serikat nganggo kaskade dua tahapLaser éléktron bébas sinar-Xpikeun ngaluarkeun pulsa attosecond diskrit. Dibandingkeun sareng laporan anu aya, kakuatan puncak rata-rata pulsa ningkat ku urutan gedena, kakuatan puncak maksimum nyaéta 1,1 TW, sareng énergi median langkung ti 100 μJ. Panilitian ieu ogé nyayogikeun bukti anu kuat pikeun paripolah superradiasi sapertos soliton dina widang sinar-X.Laser énergi tinggiparantos ngadorong seueur widang panalungtikan énggal, kalebet fisika medan tinggi, spéktroskopi attosecond, sareng akselerator partikel laser. Di antara sadaya jinis laser, sinar-X seueur dianggo dina diagnosis médis, deteksi cacad industri, pamariksaan kaamanan sareng panalungtikan ilmiah. Laser éléktron bébas sinar-X (XFEL) tiasa ningkatkeun kakuatan sinar-X puncak ku sababaraha kali lipat dibandingkeun sareng téknologi generasi sinar-X anu sanés, sahingga manjangkeun aplikasi sinar-X kana widang spéktroskopi nonlinier sareng pencitraan difraksi partikel tunggal dimana kakuatan anu luhur diperyogikeun. XFEL attosecond anu suksés anyar mangrupikeun prestasi utama dina élmu sareng téknologi attosecond, ningkatkeun kakuatan puncak anu sayogi langkung ti genep kali lipat dibandingkeun sareng sumber sinar-X benchtop.

Laser éléktron bébasBisa meunangkeun énergi pulsa anu loba urutan gedena leuwih luhur tibatan tingkat émisi spontan ngagunakeun instabilitas koléktif, anu disababkeun ku interaksi kontinyu tina médan radiasi dina sinar éléktron relativistik sareng osilator magnét. Dina rentang sinar-X teuas (sakitar 0,01 nm dugi ka 0,1 nm panjang gelombang), FEL kahontal ku téknik komprési bundel sareng coning pasca-saturasi. Dina rentang sinar-X lemes (sakitar 0,1 nm dugi ka 10 nm panjang gelombang), FEL diimplementasikeun ku téknologi cascade fresh-slice. Anyar-anyar ieu, pulsa attosecond kalayan kakuatan puncak 100 GW parantos dilaporkeun dihasilkeun ngagunakeun metode émisi spontan anu ditingkatkeun mandiri (ESASE).

Tim panalungtikan ngagunakeun sistem amplifikasi dua tahap dumasar kana XFEL pikeun ngagedékeun kaluaran pulsa attosecond sinar-X lemes tina koheren linac.sumber cahayaka tingkat TW, hiji pamutahiran anu ageung dibandingkeun hasil anu dilaporkeun. Setelan ékspériméntal dipidangkeun dina Gambar 1. Dumasar kana metode ESASE, emitor fotokatoda dimodulasi pikeun kéngingkeun sinar éléktron kalayan lonjakan arus anu luhur, sareng dianggo pikeun ngahasilkeun pulsa sinar-X attosecond. Pulsa awal ayana di ujung hareup lonjakan sinar éléktron, sapertos anu dipidangkeun di pojok kénca luhur Gambar 1. Nalika XFEL ngahontal saturasi, sinar éléktron ditunda relatif ka sinar-X ku kompresor magnét, teras pulsa berinteraksi sareng sinar éléktron (irisan seger) anu henteu dirobih ku modulasi ESASE atanapi laser FEL. Pamungkas, undulator magnét kadua dianggo pikeun nguatkeun sinar-X langkung jauh ngalangkungan interaksi pulsa attosecond sareng irisan seger.

Gambar 1 Diagram alat ékspériméntal; Ilustrasi nunjukkeun rohangan fase longitudinal (diagram waktos-énergi éléktron, héjo), profil arus (biru), sareng radiasi anu dihasilkeun ku amplifikasi orde kahiji (wungu). XTCAV, rongga transversal pita-X; cVMI, sistem pencitraan pemetaan gancang koaksial; FZP, spéktrométer pelat pita Fresnel

Sadaya pulsa attosecond diwangun tina noise, janten unggal pulsa ngagaduhan sipat spéktral sareng domain waktos anu béda, anu ditalungtik ku para panaliti langkung rinci. Dina hal spéktrométer, aranjeunna nganggo spéktrométer pelat pita Fresnel pikeun ngukur spéktrométer pulsa individu dina panjang undulator anu sami, sareng mendakan yén spéktrométer ieu ngajaga bentuk gelombang anu mulus bahkan saatos amplifikasi sekundér, nunjukkeun yén pulsa tetep unimodal. Dina domain waktos, pinggiran sudut diukur sareng bentuk gelombang domain waktos pulsa dicirikeun. Sakumaha anu dipidangkeun dina Gambar 1, pulsa sinar-X tumpang tindih sareng pulsa laser infra red anu terpolarisasi sirkular. Fotoéléktron anu diionisasi ku pulsa sinar-X bakal ngahasilkeun garis-garis dina arah anu sabalikna tina poténsial véktor laser infra red. Kusabab médan listrik laser muter sareng waktos, distribusi moméntum fotoéléktron ditangtukeun ku waktos émisi éléktron, sareng hubungan antara modeu sudut waktos émisi sareng distribusi moméntum fotoéléktron ditetepkeun. Distribusi moméntum fotoéléktron diukur nganggo spéktrométer pencitraan pemetaan gancang koaksial. Dumasar kana hasil distribusi sareng spéktral, bentuk gelombang domain waktos tina pulsa attosecond tiasa direkonstruksi. Gambar 2 (a) nunjukkeun distribusi durasi pulsa, kalayan median 440 as. Pamungkas, detektor monitoring gas dianggo pikeun ngukur énergi pulsa, sareng plot sebaran antara kakuatan pulsa puncak sareng durasi pulsa sapertos anu dipidangkeun dina Gambar 2 (b) diitung. Tilu konfigurasi pakait sareng kaayaan fokus sinar éléktron anu béda, kaayaan coning waver sareng kaayaan reureuh kompresor magnét. Tilu konfigurasi ngahasilkeun énergi pulsa rata-rata 150, 200, sareng 260 µJ, masing-masing, kalayan kakuatan puncak maksimum 1,1 TW.

Gambar 2. (a) Histogram distribusi durasi pulsa satengah jangkungna Lebar pinuh (FWHM); (b) Plot sebaran anu saluyu sareng kakuatan puncak sareng durasi pulsa

Salian ti éta, ieu panilitian ogé niténan pikeun kahiji kalina fénoména superémisi siga soliton dina pita sinar-X, anu némbongan salaku pondokna pulsa kontinyu nalika amplifikasi. Ieu disababkeun ku interaksi anu kuat antara éléktron sareng radiasi, kalayan énergi anu gancang ditransfer ti éléktron ka sirah pulsa sinar-X sareng deui ka éléktron tina buntut pulsa. Ngaliwatan panilitian anu jero ngeunaan fénoména ieu, dipiharep yén pulsa sinar-X kalayan durasi anu langkung pondok sareng kakuatan puncak anu langkung luhur tiasa langkung direalisasikeun ku cara manjangkeun prosés amplifikasi superradiasi sareng ngamangpaatkeun pondokna pulsa dina mode siga soliton.