TW класслы аттосекундлы рентген импульслы лазер

TW класслы аттосекундлы рентген импульслы лазер
Аттосекунд рентгенимпульслы лазерюгары көч һәм кыска импульс озынлыгы белән ультра тиз сызыклы булмаган спектроскопия һәм рентген дифракциясе сурәтләүгә ирешүнең төп ачкычы булып тора. АКШтагы тикшеренү төркеме ике этаплы каскад кулландыРентгенсыз электрон лазерлардискрет аттосекунд импульсларын чыгару өчен. Гамәлдәге отчетлар белән чагыштырганда, импульсларның уртача пик көче берничә тапкыр арта, максималь пик көче 1,1 ТВт, ә медиана энергиясе 100 мкДж дан артык. Тикшеренү шулай ук ​​рентген кырында солитон сыман супернурлану үз-үзен тотышы өчен көчле дәлилләр китерә.Югары энергияле лазерларюгары кыр физикасы, аттосекунд спектроскопиясе һәм лазер кисәкчәләре тизләткечләре кебек күп кенә яңа тикшеренү өлкәләренә этәргеч бирде. Барлык төр лазерлар арасында рентген нурлары медицина диагностикасында, сәнәгать кимчелекләрен ачыклауда, куркынычсызлыкны тикшерүдә һәм фәнни тикшеренүләрдә киң кулланыла. Рентген ирекле электрон лазеры (XFEL) башка рентген нурлары генерацияләү технологияләре белән чагыштырганда, рентген нурларының пик көчен берничә тапкыр арттыра ала, шуның белән рентген нурларын куллануны сызыклы булмаган спектроскопия һәм бер кисәкчәле дифракция сурәтләү өлкәсенә киңәйтә, анда югары көч таләп ителә. Күптән түгел уңышлы аттосекунд XFEL аттосекунд фәне һәм технологиясендә зур казаныш булып тора, ул өстәл рентген чыганаклары белән чагыштырганда, мөмкин булган пик көчен алты тапкырдан артык арттыра.

Ирекле электрон лазерларырелятивистик электрон нурындагы һәм магнит осцилляторындагы нурланыш кырының өзлексез үзара тәэсир итешүе нәтиҗәсендә барлыкка килгән коллектив тотрыксызлыкны кулланып, үзеннән-үзе нурланыш дәрәҗәсеннән күпкә югарырак импульс энергияләрен ала ала. Каты рентген нурланышы диапазонында (якынча 0,01 нм - 0,1 нм дулкын озынлыгы), FEL бәйләм кысу һәм туендырудан соңгы конус ысуллары белән ирешелә. Йомшак рентген нурланышы диапазонында (якынча 0,1 нм - 10 нм дулкын озынлыгы), FEL каскадлы яңа кисем технологиясе белән гамәлгә ашырыла. Күптән түгел, 100 ГВт пик көче белән аттосекунд импульслар көчәйтелгән үз-үзен көчәйтелгән үзеннән-үзе нурланыш (ESASE) ысулы ярдәмендә барлыкка килүе турында хәбәр ителде.

Тикшеренү төркеме линак когерентыннан йомшак рентген аттосекунд импульсы чыгышын көчәйтү өчен XFEL нигезендәге ике баскычлы көчәйтү системасын кулланды.яктылык чыганагыTW дәрәҗәсенә кадәр, хәбәр ителгән нәтиҗәләргә караганда бер дәрәҗәдә яхшыру. Эксперименталь җайланма 1 нче рәсемдә күрсәтелгән. ESASE ысулына нигезләнеп, фотокатод эмиттеры югары ток күчүе булган электрон нурын алу өчен модуляцияләнә һәм аттосекундлы рентген импульсларын булдыру өчен кулланыла. Башлангыч импульс электрон нурының күчүенең алгы кырыенда урнашкан, 1 нче рәсемнең сул өске почмагында күрсәтелгәнчә. XFEL туендыру дәрәҗәсенә җиткәч, электрон нуры магнит компрессоры ярдәмендә рентген нурына карата тоткарлана, аннары импульс ESASE модуляциясе яки FEL лазеры белән үзгәртелмәгән электрон нуры (яңа кисәк) белән үзара бәйләнешкә керә. Ниһаять, аттосекундлы импульсларның яңа кисәк белән үзара бәйләнеше аша рентген нурларын тагын да көчәйтү өчен икенче магнит ундулятор кулланыла.

1 нче СУРӘТ. Эксперименталь җайланма схемасы; Рәсемдә озын фаза киңлеге (электронның вакыт-энергия диаграммасы, яшел), ток профиле (зәңгәр) һәм беренче тәртип көчәйтүе нәтиҗәсендә барлыкка килгән нурланыш (шәмәхә төс) күрсәтелгән. XTCAV, X-диапазонлы аркылы куышлык; cVMI, коаксиаль тиз карталаштыру сурәтләү системасы; FZP, Френель диапазонлы пластина спектрометры

Барлык аттосекунд импульслары да шау-шудан төзелгән, шуңа күрә һәр импульс төрле спектраль һәм вакыт өлкәсе үзлекләренә ия, аларны тикшеренүчеләр җентекләбрәк өйрәнделәр. Спектрларга килгәндә, алар төрле эквивалент толдулятор озынлыкларындагы аерым импульсларның спектрларын үлчәү өчен Френель тасмасы спектрометрын кулландылар һәм бу спектрларның икенчел көчәйтүдән соң да шома дулкын формаларын саклап калуын ачыкладылар, бу импульсларның унимодаль булып калуын күрсәтә. Вакыт өлкәсендә почмаклы кырый үлчәнә һәм импульсның вакыт өлкәсе дулкын формасы характерлана. 1 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә, рентген импульсы түгәрәк поляризацияләнгән инфракызыл лазер импульсы белән каплана. Рентген импульсы белән ионлаштырылган фотоэлектроннар инфракызыл лазерның вектор потенциалына каршы юнәлештә сызыклар барлыкка китерәчәк. Лазерның электр кыры вакыт белән әйләнгәнлектән, фотоэлектронның импульс бүленеше электроннарның чыгару вакыты белән билгеләнә, һәм чыгару вакытының почмак режимы белән фотоэлектронның импульс бүленеше арасындагы бәйләнеш билгеләнә. Фотоэлектрон импульсының таралышы коаксиаль тиз карталаштыру сурәтләү спектрометры ярдәмендә үлчәнә. Таралыш һәм спектр нәтиҗәләренә нигезләнеп, аттосекунд импульсларының вакыт өлкәсе дулкын формасын торгызырга мөмкин. 2 нче рәсемдә (а) импульс озынлыгының таралышы күрсәтелгән, медианасы 440 ад. Ниһаять, импульс энергиясен үлчәү өчен газ күзәтү детекторы кулланылды, һәм 2 нче рәсемдә (б) күрсәтелгәнчә, пик импульс көче һәм импульс озынлыгы арасындагы таралу графигы исәпләнде. Өч конфигурация төрле электрон нурының фокуслау шартларына, дулкын конус шартларына һәм магнит компрессорының тоткарлану шартларына туры килә. Өч конфигурация уртача 150, 200 һәм 260 мкДж импульс энергияләрен бирде, максималь пик көче 1,1 ТВт иде.

2 нче рәсем. (а) Ярым биеклекле тулы киңлек (FWHM) импульс озынлыгының таралу гистограммасы; (б) Пик көченә һәм импульс озынлыгына туры килә торган таралу графигы

Моннан тыш, тикшеренүдә беренче тапкыр рентген полосасында солитон сыман суперэмиссия күренеше күзәтелде, ул көчәйтү вакытында өзлексез импульс кыскаруы буларак күренә. Бу электроннар һәм нурланыш арасындагы көчле үзара бәйләнеш нәтиҗәсендә барлыкка килә, энергия электроннан рентген импульсының башына һәм импульс койрыгыннан электронга тиз күчә. Бу күренешне тирәнтен өйрәнү аша, супернурланыш көчәйтү процессын киңәйтү һәм солитон сыман режимда импульс кыскаруыннан файдалану юлы белән кыскарак вакытлы һәм югарырак пик көче булган рентген импульсларын тагын да тормышка ашырырга мөмкин дип көтелә.