TW darasa Attosecond X-ray Pulse Laser

TW darasa Attosecond X-ray Pulse Laser
Attosecond x-rayPulse LaserNa nguvu ya juu na muda mfupi wa mapigo ni ufunguo wa kufikia taswira ya hali ya juu na mawazo ya X-ray. Timu ya utafiti huko Merika ilitumia kasino ya hatua mbiliX-ray bure elektronikwa pato la attosecond. Ikilinganishwa na ripoti zilizopo, nguvu ya wastani ya kilele cha mapigo huongezeka kwa agizo la ukubwa, nguvu ya kilele cha juu ni 1.1 TW, na nishati ya wastani ni zaidi ya 100 μJ. Utafiti pia hutoa ushahidi dhabiti kwa tabia ya juu kama ya Soliton katika uwanja wa X-ray.Lasers zenye nguvu kubwawameendesha maeneo mengi mapya ya utafiti, pamoja na fizikia ya uwanja wa juu, uchunguzi wa attosecond, na viboreshaji vya chembe ya laser. Kati ya kila aina ya lasers, X-ray hutumiwa sana katika utambuzi wa matibabu, kugundua dosari za viwandani, ukaguzi wa usalama na utafiti wa kisayansi. X-ray bure-elektroni laser (XFEL) inaweza kuongeza nguvu ya kilele cha X-ray na maagizo kadhaa ya ukubwa ukilinganisha na teknolojia zingine za kizazi cha X-ray, na hivyo kupanua utumiaji wa X-rays kwa uwanja wa taswira isiyo ya moja kwa moja na ubadilishaji wa chembe moja ambapo nguvu kubwa inahitajika. Attosecond XFEL iliyofanikiwa ya hivi karibuni ni mafanikio makubwa katika sayansi na teknolojia ya Attosecond, na kuongeza nguvu ya kilele inayopatikana na maagizo zaidi ya sita ya ukubwa ukilinganisha na vyanzo vya X-ray vya Benchtop.

Lasers za elektroni za bureInaweza kupata nguvu za kunde maagizo mengi ya ukubwa wa juu kuliko kiwango cha uzalishaji wa hiari kwa kutumia kutokuwa na utulivu wa pamoja, ambayo husababishwa na mwingiliano unaoendelea wa uwanja wa mionzi katika boriti ya elektroni ya uhusiano na oscillator ya sumaku. Katika safu ngumu ya X-ray (karibu 0.01 nm hadi 0.1 nm wavelength), FEL inafanikiwa na compression ya kifungu na mbinu za baada ya kufanikiwa. Katika safu laini ya X-ray (karibu 0.1 nm hadi 10 nm wavelength), FEL inatekelezwa na Teknolojia ya Cascade safi-Slice. Hivi karibuni, mapigo ya Attosecond na nguvu ya kilele ya 100 GW yameripotiwa kuzalishwa kwa kutumia njia iliyoboreshwa ya kujiboresha (ESASE).

Timu ya utafiti ilitumia mfumo wa ukuzaji wa hatua mbili kulingana na XFEL ili kukuza pato la X-ray la Attosecond kutoka kwa Linac CoherentChanzo cha MwangaKwa kiwango cha TW, agizo la uboreshaji wa ukubwa juu ya matokeo yaliyoripotiwa. Usanidi wa majaribio umeonyeshwa kwenye Mchoro 1. Kulingana na njia ya ESASE, emitter ya Photocathode imerekebishwa ili kupata boriti ya elektroni na spike ya hali ya juu, na hutumiwa kutengeneza pulses za X-ray. Pulse ya awali iko kwenye makali ya mbele ya spike ya boriti ya elektroni, kama inavyoonyeshwa kwenye kona ya juu ya kushoto ya Kielelezo 1. Wakati XFEL inafikia kueneza, boriti ya elektroni imechelewa jamaa na X-ray na compressor ya sumaku, na kisha kunde huingiliana na boriti ya elektroni (kipande safi) ambacho hakijabadilishwa na moduli ya esase au fel. Mwishowe, underator ya pili ya sumaku hutumiwa kukuza zaidi mionzi ya X kupitia mwingiliano wa pulses za Attosecond na kipande kipya.

Mtini. Mchoro 1 wa kifaa cha majaribio; Mfano unaonyesha nafasi ya awamu ya longitudinal (mchoro wa nishati ya wakati wa elektroni, kijani), wasifu wa sasa (bluu), na mionzi inayozalishwa na amplization ya mpangilio wa kwanza (zambarau). XTCAV, X-band transverse cavity; CVMI, mfumo wa kufikiria wa ramani ya haraka; FZP, Fresnel Band Plate Spectrometer

Pulses zote za Attosecond zimejengwa kutoka kwa kelele, kwa hivyo kila mapigo yana mali tofauti za kikoa na za wakati, ambazo watafiti waligundua kwa undani zaidi. Kwa upande wa spectra, walitumia spectrometer ya bendi ya Fresnel kupima taswira ya mapigo ya mtu binafsi kwa urefu tofauti sawa, na waligundua kuwa taswira hizi zilidumisha mabadiliko laini hata baada ya ukuzaji wa sekondari, ikionyesha kuwa mapigo yalibaki unimodal. Katika kikoa cha wakati, pindo la angular hupimwa na wimbi la kikoa cha wakati wa kunde ni sifa. Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1, mapigo ya X-ray yameingiliana na mapigo ya laser ya mviringo ya infrared. Picha za picha zilizowekwa na X-ray Pulse zitazalisha vijito katika mwelekeo ulio kinyume na uwezo wa vector wa laser ya infrared. Kwa sababu uwanja wa umeme wa laser unazunguka na wakati, usambazaji wa kasi wa picha imedhamiriwa na wakati wa uzalishaji wa elektroni, na uhusiano kati ya hali ya angular ya wakati wa uzalishaji na usambazaji wa kasi wa picha ya picha imeanzishwa. Usambazaji wa kasi ya picha ya picha hupimwa kwa kutumia picha ya haraka ya uchoraji wa ramani. Kwa msingi wa usambazaji na matokeo ya kutazama, wimbi la wakati wa kikoa cha pulses za Attosecond zinaweza kujengwa upya. Kielelezo 2 (a) kinaonyesha usambazaji wa muda wa kunde, na wastani wa 440 AS. Mwishowe, kizuizi cha ufuatiliaji wa gesi kilitumiwa kupima nishati ya kunde, na njama ya kutawanya kati ya nguvu ya kilele cha kunde na muda wa kunde kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2 (b) ulihesabiwa. Usanidi huo tatu unahusiana na hali tofauti za kulenga boriti ya elektroni, hali ya kunyoa na hali ya kuchelewesha kwa compressor. Usanidi huo tatu ulitoa nguvu za wastani za mapigo ya 150, 200, na 260 µJ, mtawaliwa, na nguvu ya kilele cha 1.1 TW.

Kielelezo 2. (A) Historia ya usambazaji ya urefu wa urefu wa nusu (FWHM) muda wa kunde; (b) Kutawanya njama inayolingana na nguvu ya kilele na muda wa kunde

Kwa kuongezea, utafiti huo pia uliona kwa mara ya kwanza uzushi wa soliton-kama supu katika bendi ya X-ray, ambayo inaonekana kama mapigo ya kufupisha wakati wa kukuza. Inasababishwa na mwingiliano mkubwa kati ya elektroni na mionzi, na nishati huhamishwa haraka kutoka kwa elektroni kwenda kwa kichwa cha X-ray na kurudi kwa elektroni kutoka kwa mkia wa mapigo. Kupitia uchunguzi wa kina wa jambo hili, inatarajiwa kwamba X-ray inachukua kwa muda mfupi na nguvu ya juu ya kilele inaweza kufikiwa zaidi kwa kupanua mchakato wa kukuza zaidi na kuchukua fursa ya kufupisha kwa njia ya Soliton.