Laser Pulse X-ray Kelas TW Kelas

Laser Pulse X-ray Kelas TW Kelas
Attosecond X-rayLaser PulseDengan kuasa tinggi dan tempoh denyutan pendek adalah kunci untuk mencapai spektroskopi tak linear ultrafast dan pencitraan difraksi sinar-X. Pasukan penyelidikan di Amerika Syarikat menggunakan lata dua peringkatLaser elektron percuma x-rayUntuk mengeluarkan denyutan Attosecond diskret. Berbanding dengan laporan yang sedia ada, kuasa puncak purata denyutan dinaikkan dengan urutan magnitud, kuasa puncak maksimum adalah 1.1 TW, dan tenaga median lebih daripada 100 μJ. Kajian ini juga memberikan bukti kukuh untuk tingkah laku superradiasi seperti soliton dalam bidang sinar-X.Laser tenaga tinggitelah mendorong banyak bidang penyelidikan baru, termasuk fizik bidang tinggi, spektroskopi Attosecond, dan pemecut zarah laser. Di antara semua jenis laser, X-ray digunakan secara meluas dalam diagnosis perubatan, pengesanan kecacatan industri, pemeriksaan keselamatan dan penyelidikan saintifik. Laser elektron bebas sinar-X (XFEL) dapat meningkatkan kuasa X-ray puncak dengan beberapa pesanan magnitud berbanding dengan teknologi generasi sinar-X yang lain, dengan itu memperluaskan penggunaan x-ray ke bidang spektroskopi tak linear dan pencitraan difraksi tunggal-zarah di mana kuasa tinggi diperlukan. Attosecond XFEL yang baru-baru ini adalah pencapaian utama dalam sains dan teknologi Attosecond, meningkatkan kuasa puncak yang tersedia dengan lebih daripada enam pesanan magnitud berbanding dengan sumber-sumber sinar-X.

Laser elektron percumaboleh mendapatkan tenaga denyut banyak pesanan magnitud yang lebih tinggi daripada tahap pelepasan spontan menggunakan ketidakstabilan kolektif, yang disebabkan oleh interaksi berterusan medan radiasi dalam rasuk elektron relativistik dan pengayun magnet. Dalam julat X-ray keras (kira-kira 0.01 nm hingga 0.1 nm panjang gelombang), FEL dicapai oleh pemampatan bundle dan teknik penyambungan pasca-tepu. Dalam julat sinar-X lembut (kira-kira 0.1 nm hingga 10 nm panjang gelombang), FEL dilaksanakan oleh teknologi slice segar Cascade. Baru-baru ini, Attosecond denyutan dengan kuasa puncak 100 GW telah dilaporkan dijana menggunakan kaedah pelepasan spontan (esase) yang dipertingkatkan sendiri.

Pasukan penyelidikan menggunakan sistem penguatan dua peringkat berdasarkan XFEL untuk menguatkan output nadi attosecond X-ray lembut dari koheren LINACsumber cahayaKe tahap TW, perintah peningkatan magnitud terhadap hasil yang dilaporkan. Persediaan eksperimen ditunjukkan dalam Rajah 1. Berdasarkan kaedah esase, pemancar photocathode dimodulasi untuk mendapatkan rasuk elektron dengan lonjakan arus yang tinggi, dan digunakan untuk menghasilkan denyutan sinar-X Attosecond. Nadi awal terletak di pinggir depan spike rasuk elektron, seperti yang ditunjukkan di sudut kiri atas Rajah 1. Apabila XFEL mencapai ketepuan, rasuk elektron ditangguhkan relatif terhadap x-ray oleh pemampat magnet, dan kemudian nadi berinteraksi dengan rasuk elektron (kepingan segar) yang tidak diubahsuai oleh modulasi esase atau fel laser. Akhirnya, undulator magnet kedua digunakan untuk menguatkan X-ray melalui interaksi pulsa Attosecond dengan kepingan segar.

Rajah. 1 rajah peranti eksperimen; Ilustrasi menunjukkan ruang fasa membujur (gambarajah masa tenaga elektron, hijau), profil semasa (biru), dan radiasi yang dihasilkan oleh amplifikasi pesanan pertama (ungu). XTCAV, rongga melintang X-band; CVMI, sistem pengimejan pemetaan cepat koaksial; FZP, Spektrometer Plate Band Fresnel

Semua denyutan Attosecond dibina dari bunyi bising, jadi setiap nadi mempunyai sifat spektrum dan masa-domain yang berbeza, yang para penyelidik meneroka dengan lebih terperinci. Dari segi spektrum, mereka menggunakan spektrometer plat band fresnel untuk mengukur spektrum denyutan individu pada panjang undulator bersamaan yang berbeza, dan mendapati bahawa spektrum ini mengekalkan bentuk gelombang lancar walaupun selepas penguatan sekunder, menunjukkan bahawa denyutan tetap tidak sama. Dalam domain masa, pinggir sudut diukur dan bentuk gelombang domain masa nadi dicirikan. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1, nadi sinar-X bertindih dengan nadi laser inframerah polarisasi. Photoelectrons yang diionkan oleh nadi sinar-X akan menghasilkan coretan ke arah yang bertentangan dengan potensi vektor laser inframerah. Kerana medan elektrik laser berputar dengan masa, pengedaran momentum fotoelektron ditentukan oleh masa pelepasan elektron, dan hubungan antara mod sudut masa pelepasan dan pengedaran momentum fotoelektron ditubuhkan. Pengagihan momentum fotoelektron diukur dengan menggunakan spektrometer pengimejan pemetaan cepat sepaksi. Berdasarkan hasil pengedaran dan spektrum, bentuk gelombang domain masa pulsa Attosecond boleh dibina semula. Rajah 2 (a) menunjukkan pengagihan tempoh nadi, dengan median 440 AS. Akhirnya, pengesan pemantauan gas digunakan untuk mengukur tenaga nadi, dan plot penyebaran antara kuasa nadi puncak dan tempoh nadi seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2 (b) dikira. Tiga konfigurasi sesuai dengan keadaan fokus elektron yang berlainan, keadaan penyambungan yang goyah dan keadaan kelewatan pemampat magnet. Tiga konfigurasi menghasilkan tenaga nadi purata 150, 200, dan 260 μJ, masing -masing, dengan kuasa puncak maksimum 1.1 TW.

Rajah 2. (A) Histogram pengedaran tempoh denyutan lebar separuh tinggi (FWHM); (b) Plot berselerak bersamaan dengan kuasa puncak dan tempoh nadi

Di samping itu, kajian itu juga diperhatikan untuk kali pertama fenomena superemission seperti soliton dalam band sinar-X, yang muncul sebagai pemendekan nadi berterusan semasa penguatan. Ia disebabkan oleh interaksi yang kuat antara elektron dan radiasi, dengan tenaga dengan cepat dipindahkan dari elektron ke kepala nadi sinar-X dan kembali ke elektron dari ekor nadi. Melalui kajian mendalam fenomena ini, diharapkan bahawa denyutan X-ray dengan tempoh yang lebih pendek dan kuasa puncak yang lebih tinggi dapat direalisasikan lagi dengan memperluaskan proses penguatan superradiasi dan memanfaatkan pemendekan nadi dalam mod soliton.