Laser pulsa sinar-X attosecond kelas TW

Laser pulsa sinar-X attosecond kelas TW
Sinar-X Attodetiklaser pulsakanthi daya dhuwur lan durasi pulsa sing cendhak minangka kunci kanggo entuk spektroskopi nonlinier ultrafast lan pencitraan difraksi sinar-X. Tim riset ing Amerika Serikat nggunakake kaskade rong tahapLaser elektron bebas sinar-Xkanggo ngasilake pulsa attosecond diskrit. Dibandhingake karo laporan sing ana, daya puncak rata-rata pulsa tambah kanthi urutan gedhene, daya puncak maksimum yaiku 1,1 TW, lan energi median luwih saka 100 μJ. Panliten iki uga menehi bukti sing kuwat kanggo prilaku superradiasi kaya soliton ing medan sinar-X.Laser energi dhuwurwis ndorong akeh bidang riset anyar, kalebu fisika medan dhuwur, spektroskopi attosecond, lan akselerator partikel laser. Antarane kabeh jinis laser, sinar-X digunakake sacara wiyar ing diagnosis medis, deteksi cacat industri, inspeksi keamanan lan riset ilmiah. Laser elektron bebas sinar-X (XFEL) bisa nambah daya sinar-X puncak kanthi pirang-pirang urutan gedhene dibandhingake karo teknologi generasi sinar-X liyane, saengga ngembangake aplikasi sinar-X menyang bidang spektroskopi nonlinier lan pencitraan difraksi partikel tunggal ing ngendi daya dhuwur dibutuhake. XFEL attosecond sing sukses anyar minangka prestasi utama ing ilmu pengetahuan lan teknologi attosecond, nambah daya puncak sing kasedhiya luwih saka enem urutan gedhene dibandhingake karo sumber sinar-X benchtop.

Laser elektron bebasbisa entuk energi pulsa sing luwih dhuwur tinimbang tingkat emisi spontan nggunakake ketidakstabilan kolektif, sing disebabake dening interaksi terus-terusan saka medan radiasi ing sinar elektron relativistik lan osilator magnetik. Ing rentang sinar-X atos (udakara 0,01 nm nganti 0,1 nm dawa gelombang), FEL digayuh kanthi teknik kompresi bundel lan kerucut pasca-saturasi. Ing rentang sinar-X alus (udakara 0,1 nm nganti 10 nm dawa gelombang), FEL dileksanakake kanthi teknologi irisan seger kaskade. Bubar, pulsa attosecond kanthi daya puncak 100 GW wis dilaporake digawe nggunakake metode emisi spontan sing diamplifikasi dhewe (ESASE).

Tim riset nggunakake sistem amplifikasi rong tahap adhedhasar XFEL kanggo nguatake output pulsa attosecond sinar-X alus saka linac koheren.sumber cahyamenyang tingkat TW, peningkatan urutan gedhene tinimbang asil sing dilapurake. Persiapan eksperimen dituduhake ing Gambar 1. Adhedhasar metode ESASE, emitor fotokatoda dimodulasi kanggo entuk sinar elektron kanthi lonjakan arus dhuwur, lan digunakake kanggo ngasilake pulsa sinar-X attosecond. Pulsa awal dumunung ing pinggir ngarep lonjakan sinar elektron, kaya sing dituduhake ing pojok kiwa ndhuwur Gambar 1. Nalika XFEL tekan saturasi, sinar elektron ditundha relatif marang sinar-X dening kompresor magnetik, banjur pulsa kasebut berinteraksi karo sinar elektron (irisan seger) sing ora diowahi dening modulasi ESASE utawa laser FEL. Pungkasan, undulator magnetik kapindho digunakake kanggo luwih nguatake sinar-X liwat interaksi pulsa attosecond karo irisan seger.

Gambar 1 Diagram piranti eksperimen; Ilustrasi nuduhake ruang fase longitudinal (diagram wektu-energi elektron, ijo), profil arus (biru), lan radiasi sing diasilake dening amplifikasi orde pertama (ungu). XTCAV, rongga transversal pita-X; cVMI, sistem pencitraan pemetaan cepet koaksial; FZP, spektrometer lempeng pita Fresnel

Kabeh pulsa attosecond digawe saka gangguan, mula saben pulsa duwe sifat spektral lan domain wektu sing beda, sing ditliti para peneliti kanthi luwih rinci. Babagan spektrum, dheweke nggunakake spektrometer plat pita Fresnel kanggo ngukur spektrum pulsa individu kanthi dawa undulator sing padha, lan nemokake manawa spektrum kasebut njaga bentuk gelombang sing alus sanajan sawise amplifikasi sekunder, sing nuduhake manawa pulsa tetep unimodal. Ing domain wektu, pinggiran sudut diukur lan bentuk gelombang domain wektu pulsa kasebut ditondoi. Kaya sing dituduhake ing Gambar 1, pulsa sinar-X tumpang tindih karo pulsa laser inframerah terpolarisasi sirkular. Fotoelektron sing diionisasi dening pulsa sinar-X bakal ngasilake garis-garis ing arah sing ngelawan potensial vektor laser inframerah. Amarga medan listrik laser muter karo wektu, distribusi momentum fotoelektron ditemtokake dening wektu emisi elektron, lan hubungan antarane mode sudut wektu emisi lan distribusi momentum fotoelektron ditetepake. Distribusi momentum fotoelektron diukur nggunakake spektrometer pencitraan pemetaan cepet koaksial. Adhedhasar distribusi lan asil spektral, bentuk gelombang domain wektu saka pulsa attosecond bisa direkonstruksi. Gambar 2 (a) nuduhake distribusi durasi pulsa, kanthi median 440 as. Pungkasan, detektor pemantauan gas digunakake kanggo ngukur energi pulsa, lan plot sebar antarane daya pulsa puncak lan durasi pulsa kaya sing dituduhake ing Gambar 2 (b) diitung. Telung konfigurasi kasebut cocog karo kahanan fokus sinar elektron sing beda, kahanan coning waver lan kahanan wektu tundha kompresor magnetik. Telung konfigurasi kasebut ngasilake energi pulsa rata-rata 150, 200, lan 260 µJ, kanthi daya puncak maksimum 1,1 TW.

Gambar 2. (a) Histogram distribusi durasi pulsa setengah dhuwur Jembar kebak (FWHM); (b) Plot sebaran sing cocog karo daya puncak lan durasi pulsa

Kajaba iku, panliten iki uga mirsani kanggo pisanan fenomena superemisi kaya soliton ing pita sinar-X, sing katon minangka pemendekan pulsa terus-terusan sajrone amplifikasi. Iki disebabake dening interaksi sing kuwat antarane elektron lan radiasi, kanthi energi sing cepet ditransfer saka elektron menyang sirah pulsa sinar-X lan bali menyang elektron saka buntut pulsa. Liwat panliten sing jero babagan fenomena iki, diarepake pulsa sinar-X kanthi durasi sing luwih cendhek lan daya puncak sing luwih dhuwur bisa luwih direalisasikake kanthi ngluwihi proses amplifikasi superradiasi lan njupuk kauntungan saka pemendekan pulsa ing mode kaya soliton.