TW класа аттосекундарен пулсен ласер со рендгенски зраци

TW класа аттосекундарен пулсен ласер со рендгенски зраци
Атосекунда на Х-зраципулсен ласерсо висока моќност и кратко времетраење на пулсот се клучот за постигнување ултрабрза нелинеарна спектроскопија и снимање со дифракција на Х-зраци. Истражувачкиот тим во САД користел каскада од две фазиЛасери без електрони без рендгенза излез на дискретни аттосекунди импулси. Во споредба со постоечките извештаи, просечната врвна моќност на импулсите е зголемена за ред на големина, максималната максимална моќност е 1,1 TW, а средната енергија е повеќе од 100 μJ. Студијата, исто така, обезбедува силни докази за однесувањето на суперзрачење слично на солитон во полето на Х-зраци.Ласери со висока енергијапоттикнаа многу нови области на истражување, вклучително и физика на високо поле, аттосекундна спектроскопија и ласерски акцелератори на честички. Меѓу сите видови ласери, рендгенските зраци се широко користени во медицинската дијагноза, откривањето на индустриски недостатоци, безбедносната инспекција и научните истражувања. Ласерот со слободни електронски рендгенски зраци (XFEL) може да ја зголеми максималната моќност на Х-зраците за неколку реда на големина во споредба со другите технологии за генерирање на Х-зраци, со што се проширува примената на рендгенските зраци на полето на нелинеарна спектроскопија и единечни сликање со дифракција на честички каде што е потребна голема моќност. Неодамнешниот успешен аттосекунд XFEL е големо достигнување во аттосекундната наука и технологија, зголемувајќи ја достапната врвна моќност за повеќе од шест реда на големина во споредба со изворите на рентген на клупата.

Слободни електронски ласериможе да добие импулсни енергии многу поредоци на големина повисоки од нивото на спонтана емисија користејќи колективна нестабилност, која е предизвикана од континуираната интеракција на полето на зрачење во релативистичкиот електронски зрак и магнетниот осцилатор. Во опсегот на тврди рендгенски зраци (околу 0,01 nm до 0,1 nm бранова должина), FEL се постигнува со техники на компресија на пакетот и пост-заситеност на конусирање. Во опсегот на меки рендгенски зраци (околу 0,1 nm до 10 nm бранова должина), FEL се имплементира со каскадна технологија за свежо парче. Неодамна, пријавено е дека аттосекундните импулси со максимална моќност од 100 GW се генерирани со помош на методот на засилена самозасилена спонтана емисија (ESASE).

Истражувачкиот тим користел двостепен систем за засилување базиран на XFEL за да го засили мекиот рендгенски излез на аттосекунда пулсот од линачната кохерентнаизвор на светлинана ниво на TW, поредок на големина подобрување во однос на пријавените резултати. Експерименталното поставување е прикажано на слика 1. Врз основа на методот ESASE, фотокатодниот емитер е модулиран за да се добие електронски сноп со висок струен скок и се користи за генерирање на аттосекунда пулсирања на Х-зраци. Почетниот пулс се наоѓа на предниот раб на шилото на електронскиот зрак, како што е прикажано во горниот лев агол на Слика 1. Кога XFEL ќе достигне заситеност, електронскиот зрак е одложен во однос на рендгенскиот зрак со магнетен компресор, а потоа пулсот стапува во интеракција со електронскиот зрак (свежо парче) кој не е модифициран со модулацијата ESASE или FEL ласерот. Конечно, втор магнетен повлажнувач се користи за дополнително засилување на Х-зраците преку интеракцијата на аттосекундните импулси со свежото парче.

Сл. 1 Дијаграм на експериментален уред; Илустрацијата го прикажува надолжниот фазен простор (временско-енергетски дијаграм на електронот, зелена), тековниот профил (сино) и зрачењето произведено со засилување од прв ред (виолетова). XTCAV, попречна празнина со X-бенд; cVMI, коаксијален систем за сликање за брзо мапирање; FZP, спектрометар на френелов бенд плоча

Сите аттосекундни импулси се изградени од бучава, така што секој пулс има различни својства на спектрален и временски домен, што истражувачите ги истражувале подетално. Во однос на спектрите, тие користеа спектрометар на плочата на Френеловиот опсег за мерење на спектрите на поединечни импулси на различни еквивалентни должини на брановидниот бран, и открија дека овие спектри одржуваат мазни бранови форми дури и по секундарното засилување, што покажува дека импулсите остануваат унимодални. Во временскиот домен, се мери аголниот раб и се карактеризира брановата форма на временскиот домен на пулсот. Како што е прикажано на слика 1, пулсот на Х-зраци се преклопува со кружно поларизираниот инфрацрвен ласерски пулс. Фотоелектроните јонизирани од пулсот на Х-зраци ќе произведат ленти во насока спротивна на векторскиот потенцијал на инфрацрвениот ласер. Бидејќи електричното поле на ласерот ротира со времето, дистрибуцијата на импулсот на фотоелектронот се определува со времето на емисија на електрони и се воспоставува врската помеѓу аголниот режим на времето на емисија и дистрибуцијата на импулсот на фотоелектронот. Распределбата на импулсот на фотоелектронот се мери со помош на коаксијален спектрометар за сликање со брзо мапирање. Врз основа на распределбата и спектралните резултати, може да се реконструира брановата форма на временски домен на аттосекундните импулси. Слика 2 (а) ја прикажува распределбата на времетраењето на пулсот, со средна вредност од 440 како. Конечно, детекторот за мониторинг на гас беше искористен за мерење на енергијата на пулсот и беше пресметана шемата на расејување помеѓу максималната моќност на импулсот и времетраењето на пулсот како што е прикажано на слика 2 (б). Трите конфигурации кореспондираат со различни услови за фокусирање на електронскиот сноп, услови на конусирање на бранови и услови за одложување на магнетниот компресор. Трите конфигурации дадоа просечна пулсна енергија од 150, 200 и 260 µJ, соодветно, со максимална максимална моќност од 1,1 TW.

Слика 2. (а) Дистрибутивен хистограм на времетраење на пулсот со полувисина Целосна ширина (FWHM); (б) График на расејување што одговара на максималната моќност и времетраењето на пулсот

Покрај тоа, студијата, исто така, за прв пат го забележа феноменот на суперемисијата слична на солитон во опсегот на Х-зраци, што се појавува како континуирано скратување на пулсот за време на засилувањето. Таа е предизвикана од силна интеракција помеѓу електроните и зрачењето, при што енергијата брзо се пренесува од електронот до главата на пулсот на Х-зраци и назад до електронот од опашката на пулсот. Преку длабинско проучување на овој феномен, се очекува дека пулсирањата на Х-зраци со пократко времетраење и поголема врвна моќ може дополнително да се реализираат со продолжување на процесот на засилување на суперзрачењето и искористување на скратувањето на пулсот во режим сличен на солитон.