TW классындагы аттосекунддук рентген импульстук лазери

TW классындагы аттосекунддук рентген импульстук лазери
Аттосекунддук рентгенимпульстук лазержогорку кубаттуулук жана кыска импульс узактыгы өтө тез сызыктуу эмес спектроскопияга жана рентген дифракциялык сүрөткө тартууга жетишүүнүн ачкычы болуп саналат. Кошмо Штаттардагы изилдөө тобу эки баскычтуу каскадды колдонгонРентгенсиз электрондук лазерлердискреттик аттосекунддук импульстарды чыгаруу үчүн. Учурдагы отчеттор менен салыштырганда, импульстардын орточо чоку кубаттуулугу бир топ жогорулаган, максималдуу чоку кубаттуулугу 1,1 ТВт, ал эми медиана энергиясы 100 мкДж ашык. Изилдөө ошондой эле рентген талаасындагы солитон сыяктуу супернурлануу жүрүм-туруму үчүн күчтүү далилдерди келтирет.Жогорку энергиялуу лазерлержогорку талаа физикасы, аттосекунддук спектроскопия жана лазердик бөлүкчөлөрдүн ылдамдаткычтары сыяктуу көптөгөн жаңы изилдөө багыттарын алдыга жылдырды. Лазерлердин бардык түрлөрүнүн арасында рентген нурлары медициналык диагностикада, өнөр жайлык кемчиликтерди аныктоодо, коопсуздукту текшерүүдө жана илимий изилдөөлөрдө кеңири колдонулат. Рентгендик эркин электрон лазери (XFEL) башка рентген нурларын пайда кылуу технологияларына салыштырмалуу эң жогорку рентген кубаттуулугун бир нече эсеге жогорулата алат, ошону менен рентген нурларын колдонууну жогорку кубаттуулук талап кылынган сызыктуу эмес спектроскопия жана бир бөлүкчөлүү дифракциялык сүрөткө тартуу тармагына кеңейтет. Жакында эле ийгиликтүү болгон аттосекунддук XFEL аттосекунддук илим жана технологиядагы чоң жетишкендик болуп саналат, ал стенддик рентген булактарына салыштырмалуу жеткиликтүү эң жогорку кубаттуулукту алты эседен ашык эсеге жогорулатат.

Эркин электрондук лазерлеррелятивисттик электрондук нурдагы жана магниттик осциллятордогу радиация талаасынын үзгүлтүксүз өз ара аракеттешүүсүнөн келип чыккан жамааттык туруксуздукту колдонуу менен импульстук энергияларды өзүнөн-өзү пайда болгон нурлануу деңгээлинен бир нече эсе жогору алууга болот. Катуу рентген диапазонунда (болжол менен 0,01 нмден 0,1 нмге чейинки толкун узундугунда) FEL байламтаны кысуу жана каныккандан кийинки конус ыкмалары аркылуу жетишилет. Жумшак рентген диапазонунда (болжол менен 0,1 нмден 10 нмге чейинки толкун узундугунда) FEL каскаддык жаңы кесим технологиясы аркылуу ишке ашырылат. Жакында эле, күчөтүлгөн өз алдынча күчөтүлгөн өзүнөн-өзү пайда болгон нурлануу (ESASE) ыкмасын колдонуу менен 100 ГВт максималдуу кубаттуулуктагы аттосекунддук импульстар пайда болгону кабарланган.

Изилдөө тобу линак когеренттүүлүгүнөн жумшак рентген аттосекунддук импульстун чыгышын күчөтүү үчүн XFELге негизделген эки баскычтуу күчөтүү системасын колдонгон.жарык булагыTW деңгээлине чейин, билдирилген жыйынтыктарга караганда бир топ жакшыруу. Эксперименталдык орнотуу 1-сүрөттө көрсөтүлгөн. ESASE ыкмасына негизделген фотокатод эмиттери жогорку ток күчү менен электрондук нурду алуу үчүн модуляцияланат жана аттосекунддук рентген импульстарын түзүү үчүн колдонулат. Баштапкы импульс 1-сүрөттүн жогорку сол бурчунда көрсөтүлгөндөй, электрондук нурдун учунун алдыңкы четинде жайгашкан. XFEL каныккандыкка жеткенде, электрондук нур магниттик компрессор менен рентгенге салыштырмалуу кечигип, андан кийин импульс ESASE модуляциясы же FEL лазери менен өзгөртүлбөгөн электрондук нур (жаңы кесим) менен өз ара аракеттенет. Акырында, аттосекунддук импульстардын жаңы кесим менен өз ара аракеттенүүсү аркылуу рентген нурларын андан ары күчөтүү үчүн экинчи магниттик толкундаткыч колдонулат.

1-СҮРӨТ. Эксперименталдык түзүлүштүн диаграммасы; Сүрөттө узунунан кеткен фазалык мейкиндик (электрондун убакыт-энергия диаграммасы, жашыл), токтун профили (көк) жана биринчи тартиптеги күчөтүү менен пайда болгон нурлануу (кызгылт көк) көрсөтүлгөн. XTCAV, X-диапазондуу туурасынан кеткен көңдөй; cVMI, коаксиалдык тез картага түшүрүү сүрөткө тартуу системасы; FZP, Френель тилкелүү пластина спектрометри

Бардык аттосекунддук импульстар ызы-чуудан курулган, ошондуктан ар бир импульс ар кандай спектрдик жана убакыт доменинин касиеттерине ээ, аларды изилдөөчүлөр кененирээк изилдешкен. Спектрлер жагынан алганда, алар ар кандай эквиваленттүү толкундуу узундуктардагы жеке импульстардын спектрлерин өлчөө үчүн Френель тилкелүү пластина спектрометрин колдонушкан жана бул спектрлер экинчилик күчөтүүдөн кийин да жылмакай толкун формаларын сактап калганын аныкташкан, бул импульстардын бир модалдуу бойдон калганын көрсөтөт. Убакыт доменинде бурчтук чети өлчөнөт жана импульстун убакыт доменинин толкун формасы мүнөздөлөт. 1-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, рентген импульсу тегерек поляризацияланган инфракызыл лазер импульсу менен дал келет. Рентген импульсу менен иондоштурулган фотоэлектрондор инфракызыл лазердин вектордук потенциалына карама-каршы багытта сызыктарды пайда кылат. Лазердин электр талаасы убакыт менен айлангандыктан, фотоэлектрондун импульс бөлүштүрүлүшү электрондун эмиссия убактысы менен аныкталат жана эмиссия убактысынын бурчтук режими менен фотоэлектрондун импульс бөлүштүрүлүшүнүн ортосундагы байланыш белгиленет. Фотоэлектрондук импульстун бөлүштүрүлүшү коаксиалдык тез картага түшүрүүчү сүрөт спектрометринин жардамы менен өлчөнөт. Бөлүштүрүүнүн жана спектрдик жыйынтыктардын негизинде аттосекунддук импульстардын убакыт доменинин толкун формасын калыбына келтирүүгө болот. 2-сүрөттүн (а) медианасы 440 ат менен импульстун узактыгынын бөлүштүрүлүшү көрсөтүлгөн. Акырында, импульс энергиясын өлчөө үчүн газды көзөмөлдөөчү детектор колдонулуп, 2-сүрөттүн (b) бетинде көрсөтүлгөндөй, импульстун чоку күчү менен импульстун узактыгынын ортосундагы чачыратуу графиги эсептелген. Үч конфигурация ар кандай электрондук нурдун фокустоо шарттарына, толкун конус шарттарына жана магниттик компрессордун кечигүү шарттарына туура келет. Үч конфигурация орточо импульс энергияларын тиешелүүлүгүнө жараша 150, 200 жана 260 мкДж берди, максималдуу чоку кубаттуулугу 1,1 ТВт болду.

2-сүрөт. (а) Жарым бийиктиктеги толук туурасы (FWHM) импульстун узактыгынын бөлүштүрүү гистограммасы; (b) Чоку кубаттуулугуна жана импульстун узактыгына туура келген чачыратуу графиги

Мындан тышкары, изилдөөдө биринчи жолу рентген тилкесинде солитон сыяктуу суперэмиссия кубулушу байкалган, ал күчөтүү учурунда импульстун үзгүлтүксүз кыскарышы катары көрүнөт. Ал электрондор менен нурлануунун ортосундагы күчтүү өз ара аракеттенүүдөн келип чыгат, энергия электрондон рентген импульсунун башына жана импульстун куйругунан кайра электронго тез өтөт. Бул кубулушту терең изилдөө аркылуу, супернурлануунун күчөтүү процессин узартуу жана солитон сыяктуу режимде импульстун кыскарышын пайдалануу менен кыскараак узактыктагы жана жогорку чоку кубаттуу рентген импульстарын андан ары ишке ашырууга болот деп күтүлүүдө.