TW-klaso atosekunda Rentgenfota pulslasero

TW-klaso atosekunda Rentgenfota pulslasero
Attosekunda Rentgena fotopulso laserokun alta potenco kaj mallonga pulsdaŭro estas la ŝlosilo por atingi ultrarapidan nelinian spektroskopion kaj Rentgenfotan difraktobildigon. La esplorteamo en Usono uzis kaskadon de duetapaRentgenradiaj liberaj elektronaj laserojeligi diskretajn atosekundajn pulsojn. Kompare kun ekzistantaj raportoj, la meza pintpotenco de la pulsoj estas pliigita je grandordo, la maksimuma pinta potenco estas 1.1 TW, kaj la meza energio estas pli ol 100 μJ. La studo ankaŭ disponigas fortan indicon por soliton-simila superradiadkonduto en la Rentgenfota kampo.Altenergiaj laserojmovis multajn novajn areojn de esplorado, inkluzive de altkampa fiziko, atosekunda spektroskopio, kaj laserpartikloakceliloj. Inter ĉiuj specoj de laseroj, Rentgenradioj estas vaste uzataj en medicina diagnozo, industria difekto-detekto, sekureca inspektado kaj scienca esplorado. La Rentgenfota liber-elektrona lasero (XFEL) povas pliigi la pintan Rentgenfotan potencon je pluraj grandordoj kompare kun aliaj Rentgenradiaj generacioteknologioj, tiel etendante la aplikon de Rentgenradioj al la kampo de nelinia spektroskopio kaj ununura- partikla difraktobildigo kie alta potenco estas postulata. La lastatempa sukcesa atosekunda XFEL estas grava atingo en atosekunda scienco kaj teknologio, pliigante la disponeblan pintpotencon je pli ol ses grandordoj kompare kun benktoplaj Rentgenfotaj fontoj.

Liberaj elektronaj laserojpovas akiri pulsenergiojn multajn grandordojn pli altaj ol la spontanea emisionivelo uzante kolektivan malstabilecon, kiu estas kaŭzita de la kontinua interago de la radiadkampo en la relativisma elektrona fasko kaj la magneta oscilatoro. En la malmola Rentgenfota intervalo (proksimume 0,01 Nm ĝis 0,1 Nm ondolongo), FEL estas atingita per faskokunpremado kaj post-saturiĝaj koningteknikoj. En la mola Rentgenfota gamo (ĉirkaŭ 0,1 Nm ĝis 10 Nm ondolongo), FEL estas efektivigita per kaskada freŝa-tranĉa teknologio. Lastatempe, atosekundaj pulsoj kun pintpotenco de 100 Gw estis raportitaj esti generitaj per la plifortigita mem-amplifita spontanea emisio (ESASE) metodo.

La esplorteamo uzis du-ŝtupan plifortigan sistemon bazitan sur XFEL por plifortigi la molan Rentgenfotan atosekundan pulsproduktadon de la linac kohera.lumfontoal la TW-nivelo, grandordo-plibonigo super raportitaj rezultoj. La eksperimenta aranĝo estas montrita en Figuro 1. Surbaze de la ESASE-metodo, la fotokatoda emisoro estas modulita por akiri elektronradion kun alta nuna pikilo, kaj estas uzata por generi atosekundajn Rentgenradiajn pulsojn. La komenca pulso situas ĉe la antaŭa rando de la pikilo de la elektronradio, kiel montrite en la supra maldekstra angulo de Figuro 1. Kiam la XFEL atingas saturiĝon, la elektronradio estas prokrastita relative al la Rentgenradio per magneta kompresoro, kaj tiam la pulso interagas kun la elektronradio (freŝa tranĉaĵo) kiu ne estas modifita per la ESASE-modulado aŭ FEL-lasero. Finfine, dua magneta ondilo kutimas plue plifortigi la Rentgenradiojn tra la interagado de atosekundaj pulsoj kun la freŝa tranĉaĵo.

FIG. 1 Eksperimenta aparato diagramo; La ilustraĵo montras la longitudan fazspacon (tempo-energia diagramo de la elektrono, verda), la nunan profilon (blua), kaj la radiadon produktitan per unuaorda plifortigo (purpura). XTCAV, X-banda transversa kavo; cVMI, coaxial rapida mapa bildiga sistemo; FZP, Fresnel-banda platspektrometro

Ĉiuj atosekundaj pulsoj estas konstruitaj el bruo, do ĉiu pulso havas malsamajn spektrajn kaj tempodomajn ecojn, kiujn la esploristoj esploris pli detale. Laŭ spektroj, ili uzis Fresnel-grupan platspektrometron por mezuri la spektrojn de individuaj pulsoj ĉe malsamaj ekvivalentaj onduladlongoj, kaj trovis ke tiuj spektroj konservis glatajn ondformojn eĉ post sekundara plifortigo, indikante ke la pulsoj restis unumodaj. En la tempodomajno, la angula franĝo estas mezurita kaj la tempdomajna ondformo de la pulso estas karakterizita. Kiel montrite en Figuro 1, la Rentgenfota pulso estas interkovrita kun la cirkle polarigita infraruĝa laserpulso. La fotoelektronoj jonigitaj per la Rentgenfota pulso produktos striojn en la direkto kontraŭa al la vektorpotencialo de la infraruĝa lasero. Ĉar la elektra kampo de la lasero rotacias kun tempo, la movokvantdistribuo de la fotoelektrono estas determinita per la tempo de elektrona elsendo, kaj la rilato inter la angula reĝimo de la emisiotempo kaj la movokvantdistribuo de la fotoelektrono estas establita. La distribuado de fotoelektronimpeto estas mezurita uzante koaksialan rapidan bildigan spektrometron. Surbaze de la distribuo kaj spektraj rezultoj, la temp-domajna ondformo de atosekundaj pulsoj povas esti rekonstruita. Figuro 2 (a) montras la distribuadon de pulsdaŭro, kun mediano de 440 as. Finfine, la gasa monitora detektilo estis uzata por mezuri la pulsenergion, kaj la disvastigo inter la pinta pulspotenco kaj la pulsdaŭro kiel montrite en Figuro 2 (b) estis kalkulita. La tri konfiguracioj egalrilatas al malsamaj elektronradiaj fokusaj kondiĉoj, svingaj konuskondiĉoj kaj magnetaj kompresoraj prokrastkondiĉoj. La tri konfiguracioj donis mezajn pulsenergiojn de 150, 200, kaj 260 µJ, respektive, kun maksimuma pintpotenco de 1.1 Tw.

Figuro 2. (a) Distribua histogramo de duona alteco Plena larĝa (FWHM) pulsodaŭro; (b) Disvastigo egalrilatanta al pintpotenco kaj pulsdaŭro

Krome, la studo ankaŭ observis por la unua fojo la fenomenon de soliton-simila superemisio en la Rentgenfota bendo, kiu prezentiĝas kiel kontinua pulsomallongigo dum plifortigo. Ĝi estas kaŭzita de forta interago inter elektronoj kaj radiado, kun energio rapide transdonita de la elektrono al la kapo de la Rentgenfota pulso kaj reen al la elektrono de la vosto de la pulso. Tra profunda studo de tiu fenomeno, estas atendite ke Rentgenfotaj pulsoj kun pli mallonga tempodaŭro kaj pli alta pintpotenco povas esti plue realigitaj etendante la superradiadplifortprocezon kaj utiligante pulsmallongigon en soliton-simila reĝimo.


Afiŝtempo: majo-27-2024