TW-klasa atosekunda rentgen-pulslasero
Atosekunda Rentgena fotopulsa laserokun alta potenco kaj mallonga pulsdaŭro estas la ŝlosilo por atingi ultrarapidan nelinearan spektroskopion kaj rentgen-difraktan bildigon. La esplorteamo en Usono uzis kaskadon de du-ŝtupajRentgenfotaj liberaj elektronaj laserojpor eligi diskretajn atosekundajn pulsojn. Kompare kun ekzistantaj raportoj, la averaĝa pinta potenco de la pulsoj estas pliigita je grandordo, la maksimuma pinta potenco estas 1.1 TW, kaj la mediana energio estas pli ol 100 μJ. La studo ankaŭ provizas fortan pruvon por soliton-simila superradiada konduto en la rentgen-kampo.Alt-energiaj laserojinstigis multajn novajn esplorkampojn, inkluzive de altkampa fiziko, atosekunda spektroskopio, kaj laseraj partiklaj akceliloj. Inter ĉiuj specoj de laseroj, rentgenradioj estas vaste uzataj en medicina diagnozo, industria difektodetekto, sekureca inspektado kaj scienca esplorado. La rentgenradia libera elektrona lasero (XFEL) povas pliigi la pintan rentgen-potencon je pluraj grandordoj kompare kun aliaj rentgen-generadaj teknologioj, tiel etendante la aplikon de rentgenradioj al la kampo de nelineara spektroskopio kaj unu-partikla difrakta bildigo kie alta potenco estas necesa. La lastatempa sukcesa atosekunda XFEL estas grava atingo en atosekunda scienco kaj teknologio, pliigante la disponeblan pintan potencon je pli ol ses grandordoj kompare kun surtablaj rentgen-fontoj.
Liberaj elektronaj laserojpovas akiri pulsajn energiojn multajn grandordojn pli altajn ol la spontanea eligo-nivelo uzante kolektivan malstabilecon, kiu estas kaŭzita de la kontinua interagado de la radiada kampo en la relativista elektronfasko kaj la magneta oscilatoro. En la malmola rentgen-radia gamo (ĉirkaŭ 0,01 nm ĝis 0,1 nm ondolongo), FEL estas atingita per faskokunpremo kaj post-saturiĝaj konusaj teknikoj. En la mola rentgen-radia gamo (ĉirkaŭ 0,1 nm ĝis 10 nm ondolongo), FEL estas efektivigita per kaskada freŝa tranĉaĵa teknologio. Lastatempe, atosekundaj pulsoj kun pinta potenco de 100 GW estis raportitaj esti generitaj uzante la plifortigitan mem-ampligitan spontanean eligon (ESASE) metodon.
La esplorteamo uzis du-ŝtupan amplifikan sistemon bazitan sur XFEL por amplifiki la molajn rentgenajn atosekundajn pulsojn el la kohera linia akcelilo.lumfontoĝis la TW-nivelo, plibonigo de grandordo kompare kun raportitaj rezultoj. La eksperimenta aranĝo estas montrita en Figuro 1. Bazite sur la ESASE-metodo, la fotokatoda emitoro estas modulita por akiri elektronfaskon kun alta kurenta piko, kaj estas uzata por generi atosekunajn rentgen-pulsojn. La komenca pulso situas ĉe la antaŭa rando de la piko de la elektronfasko, kiel montrite en la supra maldekstra angulo de Figuro 1. Kiam la XFEL atingas saturiĝon, la elektronfasko estas prokrastita relative al la rentgena radio per magneta kompresoro, kaj poste la pulso interagas kun la elektronfasko (freŝa tranĉaĵo), kiu ne estas modifita de la ESASE-modulado aŭ FEL-lasero. Fine, dua magneta ondilo estas uzata por plue amplifiki la rentgen-radiojn per la interagado de atosekunaj pulsoj kun la freŝa tranĉaĵo.
FIG. 1 Diagramo de eksperimenta aparato; La ilustraĵo montras la longitudan fazspacon (tempo-energia diagramo de la elektrono, verda), la kurentprofilon (blua), kaj la radiadon produktitan per unuaorda plifortigo (viola). XTCAV, X-benda transversa kavaĵo; cVMI, koaksiala rapida mapada bildiga sistemo; FZP, Fresnel-benda platspektrometro
Ĉiuj atosekundaj pulsoj estas konstruitaj el bruo, do ĉiu pulso havas malsamajn spektrajn kaj tempo-domajnajn ecojn, kiujn la esploristoj esploris pli detale. Rilate al spektroj, ili uzis Fresnel-bendan platspektrometron por mezuri la spektrojn de individuaj pulsoj ĉe malsamaj ekvivalentaj undulatorlongoj, kaj trovis, ke ĉi tiuj spektroj konservis glatajn ondformojn eĉ post sekundara plifortigo, indikante, ke la pulsoj restis unumodalaj. En la tempodomajno, la angula franĝo estas mezurata kaj la tempodomajna ondformo de la pulso estas karakterizita. Kiel montrite en Figuro 1, la rentgen-pulso estas interkovrita kun la cirkle polarigita infraruĝlasera pulso. La fotoelektronoj jonigitaj de la rentgen-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 momentumdistribuo de la fotoelektrono estas determinita de la tempo de elektrona emisio, kaj la rilato inter la angula modo de la emisia tempo kaj la momentumdistribuo de la fotoelektrono estas establita. La distribuo de la fotoelektrona momentumo estas mezurata uzante koaksialan rapidan mapadan bildigan spektrometron. Surbaze de la distribuo kaj spektraj rezultoj, la temp-domajna ondformo de atosekundaj pulsoj povas esti rekonstruita. Figuro 2 (a) montras la distribuon de pulsdaŭro, kun mediano de 440 as. Fine, la gasmonitorada detektilo estis uzata por mezuri la pulsenergion, kaj la dispersa diagramo inter la pinta pulspotenco kaj la pulsdaŭro kiel montrite en Figuro 2 (b) estis kalkulita. La tri konfiguracioj respondas al malsamaj elektronfaskaj fokuskondiĉoj, ondkonusaj kondiĉoj kaj magnetaj kompresoraj prokrastkondiĉoj. La tri konfiguracioj rezultigis averaĝajn pulsenergiojn de 150, 200 kaj 260 µJ, respektive, kun maksimuma pinta potenco de 1.1 TW.
Figuro 2. (a) Distribua histogramo de duon-alteca plena larĝo (FWHM) pulsdaŭro; (b) Dispersa diagramo korespondanta al pinta potenco kaj pulsdaŭro
Krome, la studo ankaŭ observis por la unua fojo la fenomenon de soliton-simila superemisio en la rentgen-bendo, kiu aperas kiel kontinua pulsmallongiĝo dum amplifikado. Ĝin kaŭzas forta interagado inter elektronoj kaj radiado, kie energio rapide transdoniĝas de la elektrono al la kapo de la rentgen-pulso kaj reen al la elektrono de la vosto de la pulso. Per profunda studo de ĉi tiu fenomeno, oni atendas, ke rentgen-pulsoj kun pli mallonga daŭro kaj pli alta pinta potenco povas esti plue realigitaj per etendado de la superradiada amplifikada procezo kaj utiligante pulsmallongiĝon en soliton-simila reĝimo.
Afiŝtempo: 27-a de majo 2024