TW-klaso attosekunda X-radia pulsa lasero

TW-klaso attosekunda X-radia pulsa lasero
Attosekunda X-RayPulsa LaseroKun alta potenco kaj mallonga pulsa daŭro estas la ŝlosilo por atingi ultrarapidan nelinian spektroskopion kaj X-radian difraktadon. La esplora teamo en Usono uzis akvofalon de du-etaĝajX-radiaj liberaj elektronaj laserojpor eligi diskretajn attosekundajn pulsojn. Kompare kun ekzistantaj raportoj, la meza maksimuma potenco de la pulsoj estas pliigita laŭ ordo de grando, la maksimuma pinta potenco estas 1,1 TW, kaj la meza energio estas pli ol 100 μJ. La studo ankaŭ disponigas fortan evidentecon por soliton-simila superradia konduto en la X-radia kampo.Alt-energiaj laserojpelis multajn novajn areojn de esplorado, inkluzive de alta kampo-fiziko, attosekunda spektroskopio kaj lasero-partiklaj akceliloj. Inter ĉiuspecaj laseroj, X-radioj estas vaste uzataj en medicina diagnozo, industria difekto-detekto, sekureca inspektado kaj scienca esplorado. La X-radia liber-elektron-lasero (XFEL) povas pliigi la pintan X-radian potencon per pluraj ordoj de grando kompare kun aliaj X-radiaj teknologioj, tiel etendante la aplikon de X-radioj al la kampo de ne-linia spektroskopio kaj unu-partikla difraktado-bildigo, kie necesas alta potenco. La lastatempa sukcesa atosekunda XFEL estas ĉefa atingo en attosekunda scienco kaj teknologio, pliigante la disponeblan pintan potencon per pli ol ses ordoj de grando kompare al benchtop X-radiaj fontoj.

Senpagaj elektronaj laserojpovas akiri pulsajn energiojn Multaj ordoj de grando pli alta ol la spontanea emisia nivelo uzante kolektivan malstabilecon, kiu estas kaŭzita de la kontinua interagado de la radia kampo en la relativisma elektron -trabo kaj la magneta oscilo. En la malmola X-radia gamo (ĉirkaŭ 0,01 nm ĝis 0,1 nm ondolongo), FEL estas atingita per pakaĵa kunpremo kaj post-saturiĝaj konantaj teknikoj. En la mola X-radia gamo (ĉirkaŭ 0,1 nm ĝis 10 nm ondolongo), FEL estas efektivigita per akvofala freŝa tranĉa teknologio. Lastatempe, attosekundaj pulsoj kun maksimuma potenco de 100 GW estis raportitaj esti generitaj per la plibonigita mem-ampleksa spontanea emisio (ESASE) metodo.

La esplora teamo uzis du-etaĝan amplifan sistemon bazitan sur XFEL por amplifi la molan X-radian attosekundan pulsan eliron de la LINAc-koheraLumo -FontoAl la TW -nivelo, ordo de grando -plibonigo super raportitaj rezultoj. La eksperimenta aranĝo estas montrita en Figuro 1. Surbaze de la ESASE-metodo, la fotokatodo-emisoro estas modulita por akiri elektronan trabon kun alta kurento, kaj estas uzata por generi attosekundajn radiografiojn. La komenca pulso situas ĉe la antaŭa rando de la pikilo de la elektron-trabo, kiel montrite en la supra maldekstra angulo de Figuro 1. Kiam la XFEL atingas saturadon, la elektron-trabo estas prokrastita rilate al la radiografio per magneta kompresoro, kaj tiam la pulso interagas kun la elektron-trabo (freŝa tranĉaĵo), kiu ne modifas per la ESASE aŭ la ESASE-lasero, kiu ne modifas per la ESASE aŭ Fine, dua magneta ondulilo estas uzata por plue amplifi la X-radiojn per la interagado de atosekundaj pulsoj kun la freŝa tranĉaĵo.

Fig. 1 eksperimenta aparato -diagramo; La ilustraĵo montras la longforman fazan spacon (tempo-energian diagramon de la elektrono, verdo), la nunan profilon (blua), kaj la radiadon produktitan de unua-orda amplifado (purpura). XTCAV, X-Band Transverse Cavity; CVMI, koaksia rapida mapado -bildiga sistemo; FZP, Fresnel Band Plate -spektrometro

Ĉiuj atosekundaj pulsoj estas konstruitaj el bruo, do ĉiu pulso havas malsamajn spektrajn kaj temp-domajnajn proprietojn, kiujn la esploristoj esploris pli detale. Koncerne al spektroj, ili uzis spektrometron de Fresnel Band Plate por mezuri la spektrojn de unuopaj pulsoj ĉe malsamaj ekvivalentaj ondulaj longoj, kaj trovis, ke ĉi tiuj spektroj konservas glatajn ondformojn eĉ post malĉefa amplifado, indikante ke la pulsoj restis nemodaj. En la tempa domajno, la angula franĝo estas mezurita kaj la tempo -domajna ondo -formo de la pulso estas karakterizita. Kiel montrite en Figuro 1, la X-radia pulso estas interkovrita kun la cirkule polarigita infraruĝa lasera pulso. La fotoelektronoj ionizitaj per la X-radia pulso produktos striojn en la direkto kontraŭa al la vektora potencialo de la infraruĝa lasero. Ĉar la elektra kampo de la lasero rotacias kun la tempo, la momenta distribuo de la fotoelektrono estas determinita de la tempo de elektron -emisio, kaj la rilato inter la angula reĝimo de la emisia tempo kaj la momenta distribuo de la fotoelektrono estas establita. La distribuo de fotoelektrona movo estas mezurita uzante koaksian rapidan mapan bildigan spektrometron. Surbaze de la distribuo kaj spektraj rezultoj, la tempo-domajna ondo-formo de atosekundaj pulsoj povas esti rekonstruita. Figuro 2 (a) montras la distribuon de pulsa daŭro, kun meza 440 AS. Fine, la detektilo de monitorado de gaso estis uzata por mezuri la pulsan energion, kaj la disĵeta intrigo inter la pinta pulsa potenco kaj la pulsa daŭro kiel montrita en Figuro 2 (b) estis kalkulita. La tri agordoj respondas al malsamaj fokusaj kondiĉoj de elektronaj trabo, Waver Coning -kondiĉoj kaj magnetaj kompresoraj malfruaj kondiĉoj. La tri agordoj produktis averaĝajn pulsajn energiojn de 150, 200 kaj 260 µJ respektive kun maksimuma maksimuma potenco de 1,1 TW.

Figuro 2. (A) Distribua histogramo de duon-alteca plena larĝa (FWHM) pulsa daŭro; (b) Disĵetiga intrigo responda al pinta potenco kaj pulsa daŭro

Krome, la studo ankaŭ observis por la unua fojo la fenomenon de soliton-simila superremisio en la radiografia bando, kiu aperas kiel kontinua pulso-mallongigo dum amplifado. Ĝi estas kaŭzita de forta interagado inter elektronoj kaj radiado, kun energio rapide translokigita de la elektrono al la kapo de la X-radia pulso kaj reen al la elektrono de la vosto de la pulso. Per enprofunda studo de ĉi tiu fenomeno, oni atendas, ke radiografiaj pulsoj kun pli mallonga daŭro kaj pli alta pinta potenco povas esti realigitaj plue etendante la superradian amplifan procezon kaj utiligante pulsan mallongigon en soliton-simila reĝimo.