TW kelas attosecond X-ray laser pulsa

TW kelas attosecond X-ray laser pulsa
Attosecond X-raylaser pulsakalawan kakuatan tinggi jeung durasi pulsa pondok mangrupakeun konci pikeun ngahontal ultrafast spéktroskopi nonlinier jeung X-ray difraksi Imaging. Tim peneliti di Amérika Serikat ngagunakeun cascade dua tahapX-ray laser éléktron bébaspikeun kaluaran pulsa attosecond diskrit. Dibandingkeun sareng laporan anu tos aya, rata-rata kakuatan puncak pulsa ningkat ku urutan gedéna, kakuatan puncak maksimum nyaéta 1,1 TW, sareng énergi median langkung ti 100 μJ. Panaliti ogé nyayogikeun bukti anu kuat pikeun paripolah superradiasi sapertos soliton dina widang sinar-X.Lasers énergi tinggiparantos nyorong seueur daérah panilitian anyar, kalebet fisika lapangan luhur, spéktroskopi attosecond, sareng akselerator partikel laser. Di antara sagala jinis laser, sinar-X loba dipaké dina diagnosis médis, deteksi cacad industri, inspeksi kaamanan jeung panalungtikan ilmiah. Laser éléktron bébas sinar-X (XFEL) tiasa ningkatkeun kakuatan sinar-X puncak ku sababaraha ordo gedéna dibandingkeun sareng téknologi generasi sinar-X sanés, sahingga ngalegaan aplikasi sinar-X kana widang spéktroskopi nonlinier sareng single- pencitraan difraksi partikel dimana kakuatan tinggi diperlukeun. XFEL attosecond suksés panganyarna nyaéta prestasi utama dina sains jeung téhnologi attosecond, ngaronjatna kakuatan puncak sadia ku leuwih ti genep urutan gedena dibandingkeun sumber X-ray benchtop.

Laser éléktron bébasbisa ménta énergi pulsa loba ordo gedena leuwih luhur ti tingkat émisi spontan ngagunakeun instability koléktif, nu disababkeun ku interaksi kontinyu tina médan radiasi dina beam éléktron relativistik jeung osilator magnét. Dina rentang sinar-X teuas (kira-kira 0,01 nm nepi ka 0,1 nm panjang gelombang), FEL kahontal ku komprési kebat jeung téhnik coning pos-jenuh. Dina rentang X-ray lemes (kira-kira 0,1 nm nepi ka 10 nm panjang gelombang), FEL dilaksanakeun ku téhnologi cascade seger-slice. Anyar-anyar ieu, pulsa attosecond kalayan kakuatan puncak 100 GW parantos dilaporkeun dibangkitkeun nganggo metode émisi spontan anu ditingkatkeun diri (ESASE).

Tim peneliti ngagunakeun sistem amplifikasi dua tahap dumasar kana XFEL pikeun ngagedékeun kaluaran pulsa attosecond sinar-X lemes tina koheren linac.sumber cahayaka tingkat TW, hiji urutan pamutahiran gedena leuwih hasil dilaporkeun. Setélan ékspérimén dipidangkeun dina Gambar 1. Dumasar kana métode ESASE, emitor photocathode dimodulasi pikeun meunangkeun sinar éléktron kalawan spike arus tinggi, sarta dipaké pikeun ngahasilkeun pulsa sinar-X attosecond. Pulsa awal ayana di ujung hareup spike tina sinar éléktron, ditémbongkeun saperti dina belah kénca juru luhur Gambar 1. Nalika XFEL ngahontal jenuh, sinar éléktron ditunda relatif ka sinar-X ku compressor magnét, lajeng pulsa interaksi jeung pancaran éléktron (nyiksikan seger) nu teu dirobah ku modulasi ESSE atawa laser FEL. Tungtungna, undulator magnét kadua dipaké pikeun salajengna ngagedékeun sinar-X ngaliwatan interaksi pulsa attosecond jeung keureut seger.

BUAH ARA. 1 Diagram alat ékspérimén; Ilustrasi nembongkeun spasi fase longitudinal (diagram waktu-énergi éléktron, héjo), profil ayeuna (biru), jeung radiasi dihasilkeun ku amplifikasi urutan kahiji (wungu). XTCAV, X-band Rongga transverse; cVMI, sistem pemetaan gancang coaxial; FZP, Fresnel band plat spéktrométer

Kabéh pulsa attosecond diwangun ti noise, jadi unggal pulsa boga spéktral jeung waktu-domain sipat béda, nu peneliti digali leuwih jéntré. Dina hal spéktra, aranjeunna ngagunakeun spéktrométer plat pita Fresnel pikeun ngukur spéktra pulsa individu dina panjang undulator sarimbag béda, sarta kapanggih yén spéktra ieu ngajaga bentuk gelombang lemes sanajan sanggeus Gedekeun sekundér, nunjukkeun yén pulsa tetep unimodal. Dina domain waktos, pinggiran sudut diukur sareng bentuk gelombang domain waktos pulsa dicirikeun. Ditémbongkeun saperti dina Gambar 1, pulsa sinar-X tumpang tindih jeung pulsa laser infra red circularly polarized. Fotoéléktron anu diionisasi ku pulsa sinar-X bakal ngahasilkeun corétan dina arah anu sabalikna tina poténsi véktor laser infra red. Kusabab médan listrik tina laser rotates kalawan waktu, sebaran moméntum tina fotoéléktron ditangtukeun ku waktu émisi éléktron, sarta hubungan antara mode sudut waktu émisi jeung sebaran moméntum tina fotoéléktron ngadegkeun. Distribusi moméntum fotoéléktron diukur maké spéktrométer pemetaan gancang coaxial. Dumasar hasil sebaran sareng spéktral, bentuk gelombang domain waktos tina pulsa attosecond tiasa direkonstruksi. angka 2 (a) nembongkeun sebaran durasi pulsa, kalawan median 440 salaku. Tungtungna, detektor ngawaskeun gas dipaké pikeun ngukur énergi pulsa, sarta plot paburencay antara kakuatan pulsa puncak jeung durasi pulsa sakumaha ditémbongkeun dina Gambar 2 (b) diitung. Tilu konfigurasi pakait jeung kaayaan fokus sinar éléktron béda, kaayaan coning waver jeung kaayaan reureuh compressor magnét. Tilu konfigurasi ngahasilkeun énergi pulsa rata-rata 150, 200, sareng 260 µJ, masing-masing, kalayan kakuatan puncak maksimal 1,1 TW.

Gambar 2. (a) Distribusi histogram satengah jangkungna Full width (FWHM) durasi pulsa; (b) Plot paburencay pakait jeung kakuatan puncak jeung durasi pulsa

Sajaba ti éta, ulikan ogé observasi pikeun kahiji kalina fenomena superemission soliton-kawas dina pita X-ray, nu mucunghul salaku pondok pulsa kontinyu salila amplifikasi. Hal ieu disababkeun ku interaksi kuat antara éléktron jeung radiasi, kalawan énergi gancang ditransfer ti éléktron ka sirah tina pulsa sinar-X sarta balik deui ka éléktron ti buntut pulsa. Ngaliwatan ulikan teleb fenomena ieu, diperkirakeun yén pulsa sinar-X kalayan durasi pondok tur kakuatan puncak luhur bisa salajengna direalisasikeun ku dilegaan prosés amplifikasi superradiation sarta ngamangpaatkeun pondok pulsa dina modeu soliton-kawas.