TW Class AttoseCond rendgenski pulsni laser

TW Class AttoseCond rendgenski pulsni laser
Attosekundi rendgenski snimkepulsni laserS velikom snagom i kratkim trajanjem impulsa ključ su za postizanje ultra brzog nelinearne spektroskopije i rendgenske difrakcijske slike. Istraživački tim u Sjedinjenim Državama koristio je kaskadu u dvije fazeElektronski laseri bez rendgenskih zrakaza izlazak diskretnih attosekundi impulsa. U usporedbi s postojećim izvješćima, prosječna vršna snaga impulsa povećava se redoslijedom veličine, maksimalna vršna snaga je 1,1 TW, a srednja energija veća od 100 µJ. Studija također pruža snažne dokaze za ponašanje superradijacije poput solitona u rendgenskom polju.Visokoenergetski laseripotaknuli su mnoga nova područja istraživanja, uključujući fiziku visokog polja, attosekundnu spektroskopiju i laserske akceleratore čestica. Među svim vrstama lasera, rendgenski zraci se široko koriste u medicinskoj dijagnozi, industrijskom otkrivanju nedostataka, sigurnosnom inspekciji i znanstvenim istraživanjima. Rendgenski laser-elektronski laser (XFEL) može povećati vršnu snagu rendgenskih zraka za nekoliko reda veličine u usporedbi s drugim tehnologijama stvaranja rendgenskih zraka, proširujući na taj način primjenu rendgenskih zraka na polje nelinearne spektroskopije i difrakcijske slike s jednim česticama gdje je potrebna velika snaga. Nedavni uspješni AttoseCond XFEL veliko je postignuće u znanosti i tehnologiji attosekunde, povećavajući raspoloživu vršnu snagu za više od šest reda veličine u usporedbi s izvorima rendgenskih zraka.

Besplatni elektronski laserimože dobiti pulsne energije mnoge redove veličine veće od razine spontane emisije koristeći kolektivnu nestabilnost, što je uzrokovano kontinuiranom interakcijom polja zračenja u relativističkom snopu elektrona i magnetskom oscilatoru. U tvrdom rendgenskom rasponu (oko 0,01 nm do 0,1 nm valne duljine), FEL se postiže kompresijom paketa i tehnikama koničenja nakon zasićenja. U rasponu mekih rendgenskih zraka (oko 0,1 nm do 10 nm valne duljine), FEL se implementira kaskadnom tehnologijom svježeg sloja. Nedavno su zabilježene da su attosekund impulsi s vršnom snagom od 100 GW generirani primjenom metode poboljšane samo-pojačane spontane emisije (ESASE).

Istraživački tim koristio je dvostupanjski sustav za pojačavanje na temelju XFEL-a za pojačavanje mekanog rendgenskih attosekundi impulsa iz LINAC-a koherentnogizvor svjetlostiNa razinu TW, redoslijed poboljšanja veličine u odnosu na prijavljene rezultate. Eksperimentalna postavka prikazana je na slici 1. na temelju ESASE metode, fotokathodni emiter je moduliran da dobije elektronsku zraku s visokom strujom, a koristi se za generiranje attosekundi rendgenskih impulsa. Početni impuls nalazi se na prednjem rubu šiljaka elektronske zrake, kao što je prikazano u gornjem lijevom kutu na slici 1.. Kada XFEL dosegne zasićenost, snop elektrona odgađa se u odnosu na rendgen magnetskim kompresorom, a zatim impuls djeluje s snopom elektrona (svježeg pregiba) koji se primjenjuje. Konačno, drugi magnetski neurednik koristi se za daljnje pojačavanje rendgenskih zraka kroz interakciju attosekundi impulsa sa svježom kriškom.

Fi. 1 Eksperimentalni dijagram uređaja; Ilustracija prikazuje longitudinalni fazni prostor (vremenski energetski dijagram elektrona, zeleni), strujni profil (plava) i zračenje proizvedeno pojačavanjem prvog reda (ljubičasta). XTCAV, X-pojas poprečna šupljina; CVMI, koaksijalni sustav za brzo mapiranje; FZP, Fresnel Spektrometar s pločama

Svi attosekundi impulsi izgrađeni su od buke, tako da svaki puls ima različita spektralna i vremenska domena, koja su istraživači detaljnije istraživali. U pogledu spektra, koristili su Fresnelov spektrometar ploče za mjerenje spektra pojedinih impulsa na različitim ekvivalentnim duljinama undulatora i otkrili su da su ti spektri održavali glatke valne oblike čak i nakon sekundarnog pojačanja, što ukazuje da impulsi ostaju neimodalni. U vremenskoj domeni mjeri se kutni obrub i karakterizira se valni oblik vremenske domene pulsa. Kao što je prikazano na slici 1, rendgenski impuls se preklapa s kružno polariziranim infracrvenim laserskim impulsom. Fotoelektroni ionizirani rendgenskim impulsom stvorit će pruge u smjeru suprotnom od vektorskog potencijala infracrvenog lasera. Budući da se električno polje lasera okreće s vremenom, raspodjela zamaha fotoelektrona određena je vremenom emisije elektrona, a uspostavlja se odnos između kutnog načina vremena emisije i raspodjele zamaha fotoelektrona. Raspodjela momenta fotoelektrona mjeri se pomoću koaksijalnog spektrometra za brzo mapiranje. Na temelju distribucijskih i spektralnih rezultata, valni oblik vremenske domene atosekundi impulsa može se rekonstruirati. Na slici 2 (a) prikazana je raspodjela trajanja pulsa, sa srednjim od 440 AS. Konačno, detektor praćenja plina korišten je za mjerenje energije impulsa, a izračunato je crtanje raspršivanja između vršne snage impulsa i trajanja impulsa kao što je prikazano na slici 2 (b). Tri konfiguracije odgovaraju različitim uvjetima fokusiranja zraka elektrona, uvjetima kontinacije i magnetskim uvjetima kašnjenja kompresora. Tri konfiguracije dale su prosječne energije impulsa od 150, 200, i 260 µJ, respektivno, s maksimalnom vršnom snagom od 1,1 TW.

Slika 2. (a) Histogram distribucije pune visine pune širine (FWHM) trajanja pulsa; (b) Raspršivanje grafikona koji odgovara vršnom snazi ​​i trajanju pulsa

Pored toga, studija je također prvi put primijetila fenomen supemisije slične solitonu u rendgenskom pojasu, koji se pojavljuje kao kontinuirano skraćivanje impulsa tijekom pojačanja. To je uzrokovano snažnom interakcijom između elektrona i zračenja, s energijom koja se brzo prenosi iz elektrona u glavu rendgenskog impulsa i natrag u elektron iz repa impulsa. Kroz dubinsku proučavanje ovog fenomena, očekuje se da se rendgenski impulsi s kraćim trajanjem i veća vršna snaga mogu dodatno ostvariti proširivanjem postupka pojačanja superradijacije i iskorištavanjem skraćenja impulsa u načinu sličnog solitonu.