TW kelas attosecond X-ray pulse laser

TW kelas attosecond X-ray pulse laser
Attosecond X-raylaser pulsakanthi daya dhuwur lan durasi pulsa sing cendhak minangka kunci kanggo nggayuh spektroskopi nonlinier ultracepat lan pencitraan difraksi sinar-X. Tim riset ing Amerika Serikat nggunakake cascade rong tahapLaser elektron bebas sinar-Xkanggo output pulsa attosecond diskrèt. Dibandhingake karo laporan sing ana, daya puncak rata-rata pulsa mundhak kanthi urutan gedhene, daya puncak maksimal 1,1 TW, lan energi median luwih saka 100 μJ. Panaliten kasebut uga menehi bukti kuat kanggo prilaku superradiasi kaya soliton ing lapangan sinar-X.Laser energi dhuwurwis mimpin akeh wilayah riset anyar, kalebu fisika dhuwur-bidang, spektroskopi attosecond, lan akselerator partikel laser. Antarane kabeh jinis laser, sinar-X digunakake digunakake ing diagnosis medical, deteksi cacat industri, pengawasan safety lan riset ilmiah. Laser elektron bebas sinar-X (XFEL) bisa nambah daya sinar-X puncak kanthi sawetara urutan magnitudo dibandhingake karo teknologi generasi sinar-X liyane, saéngga ndawakake aplikasi sinar-X menyang bidang spektroskopi nonlinier lan siji- pencitraan difraksi partikel ngendi daya dhuwur dibutuhake. XFEL attosecond sukses sing paling anyar minangka prestasi utama ing ilmu pengetahuan lan teknologi attosecond, nambah daya puncak sing kasedhiya kanthi luwih saka enem urutan magnitudo dibandhingake sumber sinar-X benchtop.

Laser elektron bebasbisa entuk energi pulsa akeh urutan gedhene luwih dhuwur tinimbang tingkat emisi spontan nggunakake kahanan kang ora tetep bebarengan, kang disebabake interaksi terus-terusan saka lapangan radiation ing beam elektron relativistik lan osilator Magnetik. Ing jangkoan sinar-X keras (kira-kira 0,01 nm nganti 0,1 nm dawa gelombang), FEL digayuh kanthi teknik kompresi bundel lan teknik coning pasca-saturasi. Ing sawetara sinar-X alus (kira-kira 0,1 nm nganti 10 nm dawa gelombang), FEL diimplementasikake kanthi teknologi cascade fresh-slice. Bubar, pulsa attosecond kanthi daya puncak 100 GW wis dilaporake bakal diasilake nggunakake metode emisi spontan self-amplified (ESASE) sing ditingkatake.

Tim peneliti nggunakake sistem amplifikasi rong tahap adhedhasar XFEL kanggo nggedhekake output pulsa attosecond sinar-X alus saka koheren linac.sumber cahyamenyang tingkat TW, urutan dandan gedhene liwat asil kacarita. Persiyapan eksperimen ditampilake ing Figure 1. Adhedhasar metode ESASE, emitor photocathode dimodulasi kanggo entuk sinar elektron kanthi spike arus dhuwur, lan digunakake kanggo ngasilake pulsa sinar-X attosecond. Pulsa awal dumunung ing pojok ngarep spike sinar elektron, kaya sing ditampilake ing pojok kiwa ndhuwur Gambar 1. Nalika XFEL tekan jenuh, sinar elektron ditundha relatif marang sinar-X kanthi kompresor magnetik, banjur pulsa sesambungan karo sinar elektron (irisan seger) sing ora diowahi dening modulasi ESSE utawa laser FEL. Pungkasan, undulator magnetik kapindho digunakake kanggo nggedhekake sinar-X liwat interaksi pulsa attosecond karo irisan seger.

Gbr. 1 Diagram piranti eksperimen; Ilustrasi nuduhake spasi fase longitudinal (diagram energi-waktu elektron, ijo), profil saiki (biru), lan radiasi sing diasilake dening amplifikasi urutan pertama (ungu). XTCAV, rongga transversal pita X; cVMI, sistem pemetaan cepet coaxial; FZP, Fresnel band plate spectrometer

Kabeh pulsa attosecond dibangun saka gangguan, saengga saben pulsa duwe sifat spektral lan domain wektu sing beda-beda, sing diteliti kanthi luwih rinci. Ing babagan spektrum, padha nggunakake spektrometer piring pita Fresnel kanggo ngukur spektrum pulsa individu kanthi dawa undulator sing padha, lan nemokake manawa spektrum kasebut njaga bentuk gelombang sing lancar sanajan sawise amplifikasi sekunder, nuduhake yen pulsa tetep unimodal. Ing domain wektu, pinggiran sudut diukur lan gelombang domain wektu pulsa ditondoi. Minangka ditampilake ing Figure 1, pulsa sinar-X tumpang tindih karo pulsa laser infra merah polarisasi sirkuler. Fotoelektron sing diionisasi dening pulsa sinar-X bakal ngasilake garis-garis ing arah sing ngelawan karo potensial vektor laser infra merah. Amarga medan listrik laser muter kanthi 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 imaging coaxial fast mapping. Adhedhasar distribusi lan asil spektral, wangun gelombang domain wektu saka pulsa attosecond bisa direkonstruksi. Gambar 2 (a) nuduhake distribusi durasi pulsa, kanthi rata-rata 440 minangka. Pungkasan, detektor pemantauan gas digunakake kanggo ngukur energi pulsa, lan plot buyar antarane daya pulsa puncak lan durasi pulsa kaya sing ditampilake ing Gambar 2 (b) diitung. Telung konfigurasi kasebut cocog karo kahanan fokus sinar elektron sing beda, kahanan coning waver lan kahanan tundha kompresor magnetik. Telu konfigurasi kasebut ngasilake energi pulsa rata-rata 150, 200, lan 260 µJ, kanthi daya puncak maksimal 1,1 TW.

Gambar 2. (a) Distribusi histogram saka setengah dhuwur Full width (FWHM) durasi pulsa; (b) Scatter plot sing cocog karo daya puncak lan durasi pulsa

Kajaba iku, panliten kasebut uga ngamati pisanan fenomena superemisi kaya soliton ing pita sinar-X, sing katon minangka shortening pulsa sing terus-terusan sajrone amplifikasi. Iki disebabake interaksi kuat antarane elektron lan radiasi, kanthi energi kanthi cepet ditransfer saka elektron menyang sirah pulsa sinar-X lan bali menyang elektron saka buntut pulsa. Liwat studi sing jero babagan fenomena iki, samesthine pulsa sinar-X kanthi durasi sing luwih cendhek lan daya puncak sing luwih dhuwur bisa diwujudake kanthi ndawakake proses amplifikasi superradiasi lan njupuk kauntungan saka shortening pulsa ing mode kaya soliton.