Laser puls cu raze X de clasă Tw ATSOSECOND

Laser puls cu raze X de clasă Tw ATSOSECOND
ATSOSECOND-RAYlaser cu pulsCu o putere mare și o durată a pulsului scurt sunt cheia pentru a obține spectroscopie neliniară ultratrapă și imagini de difracție cu raze X. Echipa de cercetare din Statele Unite a folosit o cascadă de două etapeLasere cu electroni fără raze Xpentru a ieși impulsuri discrete de atosecundă. În comparație cu rapoartele existente, puterea de vârf medie a impulsurilor este crescută cu un ordin de mărime, puterea maximă maximă este de 1,1 TW, iar energia mediană este mai mare de 100 μJ. Studiul oferă, de asemenea, dovezi puternice pentru comportamentul de superradiere asemănător solitonului în domeniul razelor X.Lasere cu energie mareau determinat multe noi domenii de cercetare, inclusiv fizică de câmp înalt, spectroscopie atosecundă și acceleratoare de particule laser. Printre toate tipurile de lasere, radiografiile sunt utilizate pe scară largă în diagnosticul medical, detectarea defectelor industriale, inspecția de siguranță și cercetarea științifică. Laserul cu electroni liberi cu raze X (XFEL) poate crește puterea maximă de raze X cu mai multe ordine de mărime în comparație cu alte tehnologii de generare a razelor X, extinzând astfel aplicarea razelor X la câmpul spectroscopiei neliniare și a imaginii de difracție cu o singură particule, unde este necesară o putere mare. Recentul de succes ATOSECOND XFEL este o realizare majoră în știința și tehnologia ATOSECOND, crescând puterea de vârf disponibilă cu mai mult de șase ordine de mărime în comparație cu sursele de raze X Benchtop.

Lasere de electroni gratuitePoate obține energii puls multe ordine de mărime mai mari decât nivelul de emisie spontană folosind instabilitatea colectivă, care este cauzată de interacțiunea continuă a câmpului de radiație în fasciculul de electroni relativist și oscilatorul magnetic. În intervalul de raze X dure (aproximativ 0,01 nm până la 0,1 nm lungime de undă), FEL este obținut prin tehnici de compresie și compresie post-saturație. În gama de raze X moi (aproximativ 0,1 nm până la 10 nm lungime de undă), FEL este implementat de tehnologia Cascade Fresh-Slice. Recent, s-a raportat că impulsurile de atosecundă cu o putere maximă de 100 GW au fost generate folosind metoda îmbunătățită a emisiilor spontane automplificate (ESASE).

Echipa de cercetare a folosit un sistem de amplificare în două etape bazat pe XFEL pentru a amplifica ieșirea cu impulsuri de raze X cu raze X de la Linac Coerentsursă de luminăLa nivelul TW, un ordin de îmbunătățire a mărimii față de rezultatele raportate. Configurația experimentală este prezentată în figura 1. Pe baza metodei ESASE, emițătorul de fotocathode este modulat pentru a obține un fascicul de electroni cu un vârf de curent ridicat și este utilizată pentru a genera impulsuri cu raze X de atrosecundă. Pulsul inițial este localizat la marginea din față a vârfului fasciculului de electroni, așa cum se arată în colțul din stânga sus al figurii 1. Când XFEL ajunge la saturație, fasciculul de electroni este întârziat în raport cu raza X de un compresor magnetic, iar pulsul interacționează cu grinda de electroni (felie proaspătă) care nu este modificată prin modularea esase sau laserul FEL. În cele din urmă, un al doilea ondulator magnetic este utilizat pentru a amplifica în continuare razele X prin interacțiunea impulsurilor de atosecundă cu felia proaspătă.

SMOCHIN. 1 Diagrama dispozitivului experimental; Ilustrația arată spațiul de fază longitudinală (diagrama de energie în timp a electronului, verde), profilul curent (albastru) și radiația produsă de amplificarea de prim ordin (violet). XTCAV, cavitate transversală cu bandă x; CVMI, sistem de imagistică cu mapare rapidă coaxială; FZP, spectrometru de plăci de bandă Fresnel

Toate impulsurile de atosecundă sunt construite din zgomot, astfel încât fiecare puls are proprietăți spectrale și domeniu de timp diferite, pe care cercetătorii le-au explorat mai detaliat. În ceea ce privește spectrele, au utilizat un spectrometru de plăci de bandă Fresnel pentru a măsura spectrele impulsurilor individuale la diferite lungimi de ondulatoare echivalente și au constatat că aceste spectre menținau forme de undă netede chiar și după amplificarea secundară, ceea ce indică faptul că impulsurile au rămas unimodale. În domeniul timpului, franjul unghiular este măsurat și se caracterizează forma de undă a domeniului timpului pulsului. Așa cum se arată în figura 1, pulsul cu raze X este suprapus cu pulsul laser cu infraroșu polarizat circular. Fotoelectronii ionizați de pulsul cu raze X vor produce dungi în direcția opusă potențialului vectorial al laserului infraroșu. Deoarece câmpul electric al laserului se rotește cu timpul, distribuția impulsului fotoelectronului este determinată de momentul emisiilor de electroni și de relația dintre modul unghiular al timpului de emisie și distribuția impulsului fotoelectronului. Distribuția impulsului fotoelectronului este măsurată folosind un spectrometru de imagistică coaxială de mapare rapidă. Pe baza distribuției și a rezultatelor spectrale, se poate reconstrui forma de undă a domeniului de timp al impulsurilor de atrosecundă. Figura 2 (a) arată distribuția duratei pulsului, cu o medie de 440 AS. În cele din urmă, a fost utilizat detectorul de monitorizare a gazelor pentru a măsura energia pulsului și s -a calculat graficul de împrăștiere între puterea maximă a pulsului și durata pulsului, așa cum se arată în figura 2 (b). Cele trei configurații corespund diferitelor condiții de focalizare a fasciculului de electroni, condiții de coning waver și condiții de întârziere a compresorului magnetic. Cele trei configurații au dat energii medii de puls de 150, 200 și, respectiv, 260 µJ, cu o putere maximă maximă de 1,1 TW.

Figura 2. (a) Histograma de distribuție a duratei pulsului cu lățime completă (FWHM) cu jumătate de înălțime; (b) Grafic de împrăștiere corespunzător puterii de vârf și durata pulsului

În plus, studiul a observat, de asemenea, pentru prima dată fenomenul supraemisiei asemănătoare cu soliton în banda de raze X, care apare ca o scurtare continuă a pulsului în timpul amplificării. Este cauzată de o interacțiune puternică între electroni și radiații, cu energia transferată rapid de la electron la capul pulsului cu raze X și înapoi la electron de la coada pulsului. Prin studiul aprofundat al acestui fenomen, este de așteptat ca impulsurile cu raze X cu o durată mai scurtă și o putere de vârf mai mare să poată fi realizate în continuare prin extinderea procesului de amplificare a superradierii și profitând de scurtarea pulsului în modul Soliton.