TW класстагы аттосекунддук рентгендик импульстук лазер

TW класстагы аттосекунддук рентгендик импульстук лазер
Аттосекунддук рентгенимпульстук лазержогорку кубаттуулугу жана кыска импульс узактыгы менен ультра тез сызыктуу эмес спектроскопияга жана рентген нурларынын дифракциялык сүрөттөөсүнө жетүү үчүн ачкыч болуп саналат. Америка Кошмо Штаттарынын изилдөө тобу эки баскычтуу каскадын колдонгонРентген нурлары эркин электрон лазердискреттик аттосекунддук импульстарды чыгаруу үчүн. Учурдагы отчеттор менен салыштырганда, импульстардын орточо чоку күчү чоңдук тартибине көбөйөт, максималдуу чокусу 1,1 TW, ал эми медианалык энергия 100 мкДждан ашат. Изилдөө ошондой эле рентген чөйрөсүндө солитон сымал суперрадиациянын жүрүм-турумуна күчтүү далилдерди берет.Жогорку энергиялуу лазерлеризилдөөнүн көптөгөн жаңы багыттарын, анын ичинде жогорку талаа физикасын, аттосекунддук спектроскопияны жана лазердик бөлүкчөлөрдүн тездеткичтерин ишке ашырышты. Лазердин бардык түрлөрүнүн ичинен рентген нурлары медициналык диагностикада, өндүрүштүк кемчиликтерди аныктоодо, коопсуздукту текшерүүдө жана илимий изилдөөдө кеңири колдонулат. Рентген нурларынын эркин электрондук лазери (XFEL) рентген нурларынын эң жогорку күчүн башка рентгендик генерациялоо технологияларына салыштырмалуу бир нече даражага көбөйтө алат, ошентип рентген нурларынын сызыктуу эмес спектроскопия жана бирдиктүү лазер тармагына колдонулушун кеңейтет. жогорку күч талап кылынган бөлүкчөлөрдүн дифракциялык сүрөттөө. Жакында ийгиликтүү болгон attosecond XFEL - бул аттосекунддук илим жана технологиядагы эң чоң жетишкендик, анын эң жогорку кубаттуулугун столдун үстүндөгү рентген булактарына салыштырмалуу алты эседен ашык көбөйтүү.

Эркин электрондук лазерлеррелятивисттик электрон нурунда жана магниттик осциллятордо нурлануу талаасынын үзгүлтүксүз аракеттешүүсүнүн натыйжасында пайда болгон жамааттык туруксуздуктун жардамы менен стихиялуу эмиссиянын деңгээлинен көп сандагы импульстук энергияларды ала алат. Катуу рентген диапазонунда (болжол менен 0,01 нмден 0,1 нм толкун узундугуна чейин) FEL таңгактарды кысуу жана каныккандан кийинки конуштуруу ыкмалары менен жетишилет. Жумшак рентген диапазонунда (болжол менен 0,1 нмден 10 нм толкун узундугуна чейин) FEL каскаддык жаңы кесим технологиясы менен ишке ашырылат. Жакында 100 ГВт жогорку кубаттуулугу менен аттосекунддук импульстар өркүндөтүлгөн өзүн-өзү күчөткөн стихиялык эмиссия (ESASE) ыкмасын колдонуу менен генерацияланганы кабарланды.

Изилдөө тобу линак когерентинен жумшак рентген аттосекунддук импульстун чыгышын күчөтүү үчүн XFELдин негизинде эки баскычтуу күчөтүү системасын колдонду.жарык булагыTW деңгээлине, билдирилген натыйжаларга караганда чоңдуктун жакшыруусу. Эксперименттик түзүлүш 1-сүрөттө көрсөтүлгөн. ESASE методунун негизинде фотокатоддук эмитент токтун чоң өсүшү менен электрон нурун алуу үчүн модуляцияланат жана аттосекунддук рентген импульстарын генерациялоо үчүн колдонулат. Баштапкы импульс 1-сүрөттүн жогорку сол бурчунда көрсөтүлгөндөй, электрон шооласынын спикесинин алдыңкы четинде жайгашкан. XFEL каныккандыкка жеткенде, магниттик компрессордун жардамы менен электрон нуру рентгенге салыштырмалуу кечигет, андан кийин импульс ESASE модуляциясы же FEL лазери тарабынан өзгөртүлбөгөн электрон нуру (жаңы кесим) менен өз ара аракеттенет. Акырында, аттосекунддук импульстардын жаңы кесим менен өз ара аракеттешүүсү аркылуу рентген нурларын андан ары күчөтүү үчүн экинчи магниттик толкундуу аппарат колдонулат.

FIG. 1 Эксперименталдык түзүлүш схемасы; Иллюстрацияда узунунан фазалык мейкиндик (электрондун убакыт-энергетикалык диаграммасы, жашыл), учурдагы профиль (көк) жана биринчи даражадагы күчөтүү (кызгылт көк) аркылуу алынган нурлануу көрсөтүлгөн. XTCAV, X тилкесинин туурасынан кеткен көңдөйү; cVMI, коаксиалдык тез картага түшүрүү системасы; FZP, Fresnel тилкелүү плиталардын спектрометри

Бардык аттосекунддук импульстар ызы-чуудан курулган, ошондуктан ар бир импульс ар кандай спектрдик жана убакыт-домендик касиеттерге ээ, аларды изилдөөчүлөр кененирээк изилдеп чыгышкан. Спектрлер боюнча, алар ар кандай эквиваленттүү толкундуу узундуктардагы айрым импульстардын спектрлерин өлчөө үчүн Френель тилкесиндеги пластиналык спектрометрди колдонушту жана бул спектрлер экинчилик күчөтүлгөндөн кийин да жылмакай толкун формаларын сактай тургандыгын аныкташты, бул импульстардын унимодалдык бойдон калгандыгын көрсөтүп турат. Убакыт доменинде бурчтук чек өлчөнөт жана импульстун убакыт доменинин толкун формасы мүнөздөлөт. 1-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, рентгендик импульс тегерек поляризацияланган инфракызыл лазердин импульсу менен капталат. Рентген нурларынын импульсу менен иондоштурулган фотоэлектрондор инфракызыл лазердин вектордук потенциалына карама-каршы багытта сызыктарды пайда кылат. Лазердин электр талаасы убакыттын өтүшү менен айланып тургандыктан, фотоэлектрондун импульстун бөлүштүрүлүшү электронду чыгаруу убактысы менен аныкталат жана эмиссия убактысынын бурчтук режими менен фотоэлектрондун импульстун бөлүштүрүлүшүнүн ортосундагы байланыш түзүлөт. Фотоэлектрондук импульстун бөлүштүрүлүшү коаксиалдуу тез картаны сүрөттөө спектрометринин жардамы менен өлчөнөт. Бөлүштүрүүнүн жана спектрдик натыйжалардын негизинде аттосекунддук импульстардын убакыт-домендик толкун формасын кайра курууга болот. Сүрөт 2 (а) импульстун узактыгынын бөлүштүрүлүшүн көрсөтөт, медианасы 440 болуп саналат. Акырында, импульстун энергиясын өлчөө үчүн газды көзөмөлдөө детектору колдонулган жана 2 (b)-сүрөттө көрсөтүлгөндөй импульстун эң жогорку күчү менен импульстун узактыгы ортосундагы чачырандылык графиги эсептелген. Үч конфигурация ар кандай электрон нурларынын фокустоо шарттарына, термелүү конус шарттарына жана магниттик компрессордун кечигүү шарттарына туура келет. Үч конфигурация тиешелүүлүгүнө жараша 150, 200 жана 260 мкДж орточо импульстук энергияларды берди, максималдуу эң жогорку кубаттуулугу 1,1 TW.

2-сүрөт. (а) жарым бийиктиктин бөлүштүрүлгөн гистограммасы Толук туурасы (FWHM) импульстун узактыгы; (б) Чоку кубаттуулукка жана импульстун узактыгына туура келген чачыранды графиги

Мындан тышкары, изилдөө ошондой эле биринчи жолу рентген диапазонундагы солитон сымал суперэмиссия кубулушун байкады, ал күчөтүү учурунда импульстун үзгүлтүксүз кыскарышы катары пайда болот. Ал электрон менен нурлануунун күчтүү өз ара аракетинен келип чыгат, энергия электрондон рентгендик импульстун башына жана кайра импульстун куйругунан электронго тез өтөт. Бул кубулушту терең изилдөө аркылуу, узактыгы кыскараак жана жогорку күчкө ээ болгон рентген импульстары суперрадиацияны күчөтүү процессин узартуу жана солитон сымал режимде импульстун кыскарышынын артыкчылыктарын пайдалануу аркылуу ишке ашырылышы мүмкүн деп күтүлүүдө.