Аттосекундни рендгенски пулсни ласер ТВ класе

Аттосекундни рендгенски пулсни ласер ТВ класе
Аттосекундни рендгенски снимакпулсни ласерса великом снагом и кратким трајањем импулса су кључ за постизање ултрабрзе нелинеарне спектроскопије и рендгенске дифракције. Истраживачки тим у Сједињеним Државама користио је каскаду двостепенихЛасери без рендгенских зраказа излаз дискретних аттосекундних импулса. У поређењу са постојећим извештајима, просечна вршна снага импулса је повећана за ред величине, максимална вршна снага је 1,1 ТВ, а средња енергија је више од 100 μЈ. Студија такође пружа снажне доказе за понашање суперрадијације налик солитону у пољу рендгенских зрака.Ласери високе енергијепокренуле су многе нове области истраживања, укључујући физику високог поља, атосекундну спектроскопију и ласерске акцелераторе честица. Међу свим врстама ласера, рендгенски зраци се широко користе у медицинској дијагностици, индустријској детекцији грешака, безбедносној инспекцији и научним истраживањима. Рендгенски ласер са слободним електронима (КСФЕЛ) може повећати максималну снагу рендгенског зрачења за неколико редова величине у поређењу са другим технологијама генерисања рендгенских зрака, чиме се проширује примена рендгенских зрака на поље нелинеарне спектроскопије и једноструке спектроскопије. снимање дифракцијом честица где је потребна велика снага. Недавно успешан аттосекундни КСФЕЛ је велико достигнуће у науци и технологији атосекунде, повећавајући доступну вршну снагу за више од шест редова величине у поређењу са стоним рендгенским изворима.

Ласери са слободним електронимаможе добити енергије импулса много редова величине веће од нивоа спонтане емисије користећи колективну нестабилност, која је узрокована континуираном интеракцијом поља зрачења у релативистичком снопу електрона и магнетног осцилатора. У опсегу тврдог рендгенског зрака (око 0,01 нм до 0,1 нм таласне дужине), ФЕЛ се постиже компресијом снопа и техникама конусног конус након засићења. У меком рендгенском опсегу (таласне дужине од око 0,1 нм до 10 нм), ФЕЛ се примењује каскадном технологијом свежег пресека. Недавно је објављено да су атосекундни импулси са вршном снагом од 100 ГВ генерисани коришћењем методе побољшане самопојачане спонтане емисије (ЕСАСЕ).

Истраживачки тим је користио двостепени систем за појачавање заснован на КСФЕЛ-у за појачавање меког рендгенског аттосекундног импулсног излаза из линеарног кохерентногизвор светлостина ниво ТВ, побољшање за ред величине у односу на пријављене резултате. Експериментална поставка је приказана на слици 1. На основу ЕСАСЕ методе, фотокатодни емитер је модулисан да би се добио електронски сноп са високом струјом, и користи се за генерисање аттосекундних рендгенских импулса. Почетни импулс се налази на предњој ивици врха електронског снопа, као што је приказано у горњем левом углу слике 1. Када КСФЕЛ достигне засићење, електронски сноп се одлаже у односу на рендгенски сноп помоћу магнетног компресора, а затим импулс ступа у интеракцију са снопом електрона (свежим пресеком) који није модификован ЕСАСЕ модулацијом или ФЕЛ ласером. Коначно, други магнетни ундулатор се користи за даље појачање рендгенских зрака кроз интеракцију аттосекундних импулса са свежим пресеком.

Фиг. 1 Шема експерименталног уређаја; Илустрација приказује уздужни фазни простор (временско-енергетски дијаграм електрона, зелено), профил струје (плаво) и зрачење произведено појачањем првог реда (љубичасто). КСТЦАВ, попречна шупљина Кс-банда; цВМИ, коаксијални систем за брзо мапирање; ФЗП, Фреснел тракасти спектрометар

Сви аттосекундни импулси су изграђени од шума, тако да сваки импулс има различита спектрална својства и својства временског домена, што су истраживачи детаљније истражили. Што се тиче спектра, они су користили Фреснел тракасти спектрометар за мерење спектра појединачних импулса на различитим еквивалентним дужинама ундулатора и открили да ови спектри одржавају глатке таласне облике чак и након секундарног појачања, што указује да су импулси остали унимодални. У временском домену, мери се угаона ивица и карактерише таласни облик импулса у временском домену. Као што је приказано на слици 1, рендгенски пулс се преклапа са кружно поларизованим инфрацрвеним ласерским пулсом. Фотоелектрони јонизовани рендгенским импулсом ће произвести пруге у смеру супротном од векторског потенцијала инфрацрвеног ласера. Пошто се електрично поље ласера ​​ротира са временом, расподела момента фотоелектрона је одређена временом емитовања електрона, а успостављена је и веза између угаоног режима времена емисије и дистрибуције импулса фотоелектрона. Дистрибуција импулса фотоелектрона се мери коришћењем коаксијалног спектрометра за брзо мапирање. На основу дистрибуције и спектралних резултата, таласни облик аттосекундних импулса у временском домену може се реконструисати. Слика 2 (а) приказује дистрибуцију трајања импулса, са медијаном од 440 ас. Коначно, детектор за праћење гаса је коришћен за мерење енергије импулса и израчунат је дијаграм расејања између вршне снаге импулса и трајања импулса као што је приказано на слици 2 (б). Три конфигурације одговарају различитим условима фокусирања електронског снопа, условима таласног конуса и условима кашњења магнетног компресора. Три конфигурације су дале просечне енергије импулса од 150, 200 и 260 µЈ, респективно, са максималном вршном снагом од 1,1 ТВ.

Слика 2. (а) Хистограм дистрибуције трајања импулса на пола висине пуне ширине (ФВХМ); (б) Дијаграм расејања који одговара вршној снази и трајању импулса

Поред тога, студија је такође по први пут приметила феномен суперемисије налик солитону у рендгенском опсегу, који се појављује као континуирано скраћење импулса током појачања. То је узроковано јаком интеракцијом између електрона и зрачења, са енергијом која се брзо преноси од електрона до главе рендгенског импулса и назад до електрона из репа импулса. Кроз дубинско проучавање овог феномена, очекује се да се рендгенски импулси краћег трајања и веће вршне снаге могу даље реализовати проширењем процеса појачања суперрадијације и коришћењем предности скраћења импулса у режиму сличном солитону.