Darasa la TW attosecond X-ray pulse laser

Darasa la TW attosecond X-ray pulse laser
X-ray ya Attosecondlaser ya mapigoyenye nguvu ya juu na muda mfupi wa mapigo ni ufunguo wa kufikia taswira ya haraka sana isiyo ya mstari na taswira ya diffraction ya X-ray. Timu ya watafiti nchini Marekani ilitumia mfululizo wa hatua mbiliLaser za elektroni zisizo na X-raykutoa mapigo ya attosecond ya kipekee. Ikilinganishwa na ripoti zilizopo, nguvu ya kilele cha wastani cha kunde huongezeka kwa amri ya ukubwa, nguvu ya juu ya kilele ni 1.1 TW, na nishati ya wastani ni zaidi ya 100 μJ. Utafiti huo pia unatoa ushahidi dhabiti wa tabia ya upitishaji mionzi ya soliton katika uwanja wa X-ray.Laser za nishati ya juuwameendesha maeneo mengi mapya ya utafiti, ikiwa ni pamoja na fizikia ya uwanja wa juu, spectroscopy ya attosecond, na vichapuzi vya chembe za leza. Miongoni mwa kila aina ya leza, X-rays hutumika sana katika uchunguzi wa kimatibabu, kugundua dosari za viwandani, ukaguzi wa usalama na utafiti wa kisayansi. Laser ya elektroni ya X-ray (XFEL) inaweza kuongeza kilele cha nguvu ya X-ray kwa amri kadhaa za ukubwa ikilinganishwa na teknolojia nyingine za kizazi cha X-ray, hivyo kupanua matumizi ya X-ray kwenye uwanja wa spectroscopy isiyo ya mstari na moja- upigaji picha wa utengano wa chembe ambapo nguvu ya juu inahitajika. Mshindi wa hivi majuzi wa XFEL aliyefanikiwa ni mafanikio makubwa katika sayansi na teknolojia ya hali ya juu, na kuongeza kilele cha nishati inayopatikana kwa zaidi ya oda sita za ukubwa ikilinganishwa na vyanzo vya X-ray vya benchi.

Laser za elektroni za bureinaweza kupata nguvu za mapigo ya amri nyingi za ukubwa wa juu kuliko kiwango cha utoaji wa hiari kwa kutumia kutokuwa na utulivu wa pamoja, ambayo husababishwa na mwingiliano wa kuendelea wa uwanja wa mionzi katika boriti ya elektroni ya relativistic na oscillator magnetic. Katika safu ngumu ya X-ray (kuhusu 0.01 nm hadi 0.1 nm wavelength), FEL inafikiwa na mbinu za ukandamizaji wa kifungu na baada ya kueneza. Katika safu laini ya X-ray (kuhusu urefu wa nm 0.1 hadi 10 nm), FEL inatekelezwa na teknolojia ya kipande kipya cha kuteleza. Hivi majuzi, mipigo ya attosecond yenye nguvu ya kilele cha 100 GW imeripotiwa kuzalishwa kwa kutumia mbinu iliyoboreshwa ya kujikuza yenyewe (ESASE).

Timu ya watafiti ilitumia mfumo wa ukuzaji wa hatua mbili kwa msingi wa XFEL ili kukuza sauti laini ya X-ray attosecond pulse pato kutoka kwa linac coherent.chanzo cha mwangakwa kiwango cha TW, mpangilio wa uboreshaji wa ukubwa wa matokeo yaliyoripotiwa. Usanidi wa majaribio umeonyeshwa kwenye Mchoro 1. Kulingana na mbinu ya ESASE, kitoa fotokodi hurekebishwa ili kupata boriti ya elektroni yenye mwiba wa juu wa sasa, na hutumiwa kutoa mipigo ya X-ray ya attosecond. Pigo la awali liko kwenye ukingo wa mbele wa mwiba wa boriti ya elektroni, kama inavyoonyeshwa kwenye kona ya juu kushoto ya Mchoro 1. Wakati XFEL inapofikia kueneza, boriti ya elektroni huchelewa kuhusiana na X-ray na compressor magnetic. na kisha mpigo huingiliana na boriti ya elektroni (kipande kipya) ambacho hakijarekebishwa na moduli ya ESASE au leza ya FEL. Hatimaye, kipenyo cha pili cha sumaku kinatumika kukuza zaidi miale ya X kupitia mwingiliano wa mipigo ya attosecond na kipande kipya.

FIG. 1 Mchoro wa kifaa cha majaribio; Mchoro unaonyesha nafasi ya awamu ya longitudinal (mchoro wa muda wa nishati ya elektroni, kijani), wasifu wa sasa (bluu), na mionzi inayozalishwa na amplification ya kwanza (zambarau). XTCAV, X-band cavity transverse; cVMI, mfumo wa upigaji picha wa haraka wa coaxial; FZP, spectrometer ya sahani ya bendi ya Fresnel

Mipigo yote ya attosecond hujengwa kutoka kwa kelele, kwa hivyo kila mpigo una sifa tofauti za kikoa na wakati, ambazo watafiti waligundua kwa undani zaidi. Kwa upande wa mwonekano, walitumia spectrometa ya bati ya bendi ya Fresnel ili kupima mwonekano wa mipigo ya mtu binafsi kwa urefu tofauti wa kiinua mgongo, na wakagundua kuwa taswira hizi zilidumisha maumbo laini ya mawimbi hata baada ya ukuzaji wa pili, ikionyesha kuwa mipigo ilibaki bila usawa. Katika kikoa cha wakati, pindo la angular hupimwa na muundo wa wimbi la kikoa cha mapigo ni sifa. Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro wa 1, mpigo wa X-ray hupishana na mpigo wa leza ya infrared yenye mchanganuo wa mviringo. Photoelectrons zilizoainishwa na mpigo wa X-ray zitatoa michirizi katika mwelekeo ulio kinyume na uwezo wa vekta wa leza ya infrared. Kwa sababu uwanja wa umeme wa laser huzunguka kwa wakati, usambazaji wa kasi wa photoelectron hutambuliwa na wakati wa utoaji wa elektroni, na uhusiano kati ya hali ya angular ya muda wa utoaji na usambazaji wa kasi wa photoelectron huanzishwa. Usambazaji wa kasi ya photoelectron hupimwa kwa kutumia kipima picha cha ramani ya coaxial haraka. Kulingana na matokeo ya usambazaji na taswira, muundo wa wimbi la kikoa cha wakati wa mipigo ya attosecond inaweza kujengwa upya. Kielelezo 2 (a) kinaonyesha mgawanyo wa muda wa mapigo, na wastani wa 440 kama. Hatimaye, kigunduzi cha ufuatiliaji wa gesi kilitumiwa kupima nishati ya mapigo, na njama ya kutawanya kati ya nguvu ya kilele cha mpigo na muda wa mpigo kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2 (b) ilikokotolewa. Mipangilio mitatu inalingana na hali tofauti za kuzingatia boriti ya elektroni, hali ya kuzunguka kwa mawimbi na hali ya kuchelewa kwa compressor ya magnetic. Mipangilio hii mitatu ilitoa nishati ya wastani ya mipigo ya 150, 200, na 260 µJ, mtawalia, yenye kilele cha juu cha 1.1 TW.

Kielelezo 2. (a) Histogramu ya usambazaji ya urefu wa nusu upana (FWHM) muda wa mpigo; (b) Eneo la kutawanya linalolingana na nguvu ya kilele na muda wa mapigo ya moyo

Kwa kuongezea, utafiti huo pia uligundua kwa mara ya kwanza hali ya juu zaidi ya soliton katika bendi ya X-ray, ambayo inaonekana kama kufupisha kwa mapigo wakati wa ukuzaji. Inasababishwa na mwingiliano mkali kati ya elektroni na mionzi, na nishati huhamishwa kwa kasi kutoka kwa elektroni hadi kichwa cha pigo la X-ray na kurudi kwa elektroni kutoka mkia wa pigo. Kupitia uchunguzi wa kina wa jambo hili, inatarajiwa kwamba mipigo ya X-ray yenye muda mfupi na nguvu ya kilele cha juu zaidi inaweza kutambuliwa zaidi kwa kupanua mchakato wa ukuzaji wa mionzi ya juu na kuchukua fursa ya kufupisha mapigo katika hali kama soliton.


Muda wa kutuma: Mei-27-2024