TW klasy attosekundly rentgen impuls lazeri

TW klasy attosekundly rentgen impuls lazeri
Attosekund rentgenimpuls lazeriýokary güýç we gysga impuls dowamlylygy bilen ultra çalt çyzykly däl spektroskopiýa we rentgen difraksiýa şekillerini almagyň açarydyr. Birleşen Ştatlardaky ylmy-barlag topary iki tapgyrly kaskady ulandyRentgensiz elektron lazerleridiskret attosekund impulslaryny çykarmak üçin. Bar bolan hasabatlar bilen deňeşdirilende, impulslaryň ortaça iň ýokary güýji birnäçe esse artýar, iň ýokary iň ýokary güýç 1,1 TW we median energiýa 100 μJ-den gowrak. Bu gözleg rentgen meýdanynda soliton ýaly superradiasiýa häsiýetiniň güýçli subutnamalaryny hem berýär.Ýokary energiýaly lazerlerýokary meýdanly fizika, attosekund spektroskopiýasy we lazer bölejiklerini çaltlandyryjylar ýaly ylmy-barlag işleriniň köp täze ugurlaryny öňe sürdi. Ähli görnüşli lazerleriň arasynda rentgen şöhleleri lukmançylyk diagnozynda, senagat kemçiliklerini anyklamakda, howpsuzlyk barlaglarynda we ylmy barlaglarda giňden ulanylýar. Rentgen şöhleleriniň erkin elektron lazeri (XFEL) beýleki rentgen şöhlelerini öndürýän tehnologiýalara garanyňda iň ýokary rentgen şöhlesiniň güýjüni birnäçe esse artdyryp bilýär, şeýlelik bilen rentgen şöhleleriniň ulanylmagyny ýokary güýç talap edilýän çyzykly däl spektroskopiýa we bir bölejikli difraksiýa şekilleri pudagyna giňeldýär. Soňky üstünlikli attosekund XFEL attosekund ylmynda we tehnologiýasynda uly üstünlik bolup, stol üsti rentgen çeşmelerine garanyňda elýeterli iň ýokary güýji alty esse artdyrýar.

Erkin elektron lazerlerirelýatiwistik elektron şöhlesinde we magnit ossillyatorynda radiasiýa meýdanynyň üznüksiz özara täsirleşmesi sebäpli ýüze çykýan umumy durnuksyzlygy ulanyp, öz-özünden çykýan şöhlelenme derejesinden köp derejede ýokary impuls energiýalaryny alyp biler. Gaty rentgen şöhlelenme diapazonynda (takmynan 0,01 nm-den 0,1 nm-e çenli tolkun uzynlygy) FEL toplumlaýyn gysyş we doýgunlykdan soňky konus usullary arkaly gazanylýar. Ýumşak rentgen şöhlelenme diapazonynda (takmynan 0,1 nm-den 10 nm-e çenli tolkun uzynlygy) FEL kaskad täze dilim tehnologiýasy arkaly amala aşyrylýar. Ýakynda, güýçlendirilen öz-özünden güýçlendirilen öz-özünden çykýan şöhlelenme (ESASE) usuly arkaly 100 GW iň ýokary güýji bolan attosekund impulslarynyň döredilýändigi habar berildi.

Ylmy topar linak kogerentinden ýumşak rentgen attosekund impuls çykyşyny güýçlendirmek üçin XFEL esasynda iki basgançakly güýçlendirme ulgamyny ulandy.ýagtylyk çeşmesiTW derejesine çenli, habar berlen netijelere garanyňda bir derejede gowulaşma. Eksperimental gurluş 1-nji suratda görkezilen. ESASE usulyna esaslanyp, fotokatod emitteri ýokary tok depesi bolan elektron şöhlesini almak üçin modulirlenýär we attosekund rentgen impulslaryny döretmek üçin ulanylýar. Ilkinji impuls 1-nji suratyň ýokarky çep burçunda görkezilişi ýaly, elektron şöhlesiniň depesiniň öň gyrasynda ýerleşýär. XFEL doýgunlyga ýetende, elektron şöhlesi magnit kompressor arkaly rentgen şöhlesine görä gijikdirilýär we soňra impuls ESASE modulizasiýasy ýa-da FEL lazeri tarapyndan üýtgedilmedik elektron şöhlesi (täze bölek) bilen özara täsirleşýär. Ahyrsoňy, attosekund impulslarynyň täze bölek bilen özara täsirleşmegi arkaly rentgen şöhlelerini has-da güýçlendirmek üçin ikinji magnit undulyator ulanylýar.

SURAT 1. Eksperimental enjamyň diagrammasy; Suratda uzynlyk faza giňişligi (elektronyň wagt-energiýa diagrammasy, ýaşyl), tok profili (gök) we birinji derejeli güýçlendirme arkaly öndürilýän şöhlelenme (benewşe) görkezilýär. XTCAV, X-zonalaýyn transvers boşluk; cVMI, koaksial çalt kartalaşdyryş suratlandyryş ulgamy; FZP, Fresnel zolakly plastinka spektrometri

Ähli attosekund impulslary şowhundan gurulýar, şonuň üçin her bir impuls dürli spektral we wagt domeni häsiýetlerine eýedir, barlagçylar olary has jikme-jik öwrendiler. Spektrler babatda olar dürli deň undulýator uzynlyklaryndaky aýry-aýry impulslaryň spektrlerini ölçemek üçin Fresnel zolakly plastinka spektrometrini ulandylar we bu spektrleriň ikinji derejeli güýçlendirmeden soň hem ýumşak tolkun görnüşlerini saklaýandygyny anykladylar, bu bolsa impulslaryň unimodal bolup galandygyny görkezýär. Wagt domeninde burçluk çetki ölçenýär we impulsyň wagt domeni tolkun görnüşi häsiýetlendirilýär. 1-nji suratda görkezilişi ýaly, rentgen impulsy tegelek polýarlaşdyrylan infragyzyl lazer impulsy bilen örtülýär. Rentgen impulsy bilen ionlaşdyrylan fotoelektronlar infragyzyl lazeriň wektor potensialyna ters ugurda zolaklar döreder. Lazeriň elektrik meýdany wagtyň geçmegi bilen aýlanýandygy sebäpli, fotoelektronyň impuls paýlanyşy elektron emissiýasynyň wagty bilen kesgitlenýär we emissiýanyň wagtynyň burçluk režimi bilen fotoelektronyň impuls paýlanyşy arasyndaky gatnaşyk kesgitlenýär. Fotoelektron impulsynyň paýlanyşy koaksial çalt kartalaşdyryş suratlandyryş spektrometri arkaly ölçenýär. Paýlanyş we spektral netijelere esaslanyp, attosekund impulslarynyň wagt domeni tolkun görnüşini täzeden gurmak mümkin. 2-nji suratda (a) medianasy 440 amper bolan impuls dowamlylygynyň paýlanyşy görkezilýär. Ahyrsoňy, impuls energiýasyny ölçemek üçin gaz gözegçilik detektory ulanyldy we 2-nji suratda (b) görkezilişi ýaly, pik impuls güýji bilen impuls dowamlylygynyň arasyndaky saçraýyş diagrammasy hasaplanyldy. Üç konfigurasiýa dürli elektron şöhlesiniň fokuslaýyş şertlerine, tolkun konus şertlerine we magnit kompressoryň gijikdiriş şertlerine laýyk gelýär. Üç konfigurasiýa degişlilikde 150, 200 we 260 µJ ortaça impuls energiýalaryny berdi, iň ýokary pik güýji bolsa 1,1 TW boldy.

2-nji surat. (a) Ýarym beýiklikdäki doly giňlikdäki (FWHM) impuls dowamlylygynyň paýlanyş gistogrammasy; (b) Pik güýjüne we impuls dowamlylygyna laýyk gelýän dargama diagrammasy

Mundan başga-da, bu gözlegde ilkinji gezek rentgen zolagynda soliton ýaly superemissiýa hadysasy hem syn edildi, bu bolsa güýçlendirme wagtynda üznüksiz impuls gysgalmagy hökmünde görünýär. Bu elektronlar bilen radiasiýanyň arasyndaky güýçli özara täsirden ýüze çykýar, energiýa elektrondan rentgen impulsynyň kellesine we impulsyň guýrugyndan elektrona çalt geçýär. Bu hadysany çuňňur öwrenmek arkaly, superradiasiýa güýçlendirme prosesini uzaltmak we soliton ýaly re modeimde impuls gysgalmagyndan peýdalanmak arkaly has gysga dowamlylyga we has ýokary pik güýjüne eýe bolan rentgen impulslarynyň has-da amala aşyrylyp bilinjekdigine garaşylýar.