TW Dosbarth ATOSECOND Laser Pwls Pelydr-X

TW Dosbarth ATOSECOND Laser Pwls Pelydr-X
Pelydr-x attosecondlaser pwlsGyda phwer uchel a hyd pwls byr yw'r allwedd i gyflawni sbectrosgopeg aflinol iawn a delweddu diffreithiant pelydr-X. Defnyddiodd y tîm ymchwil yn yr Unol Daleithiau raeadru dau gamLaserau electron rhad ac am ddim pelydr-xi allbwn corbys attosecond arwahanol. O'i gymharu ag adroddiadau presennol, mae pŵer brig cyfartalog y corbys yn cael ei gynyddu gan orchymyn maint, y pŵer brig uchaf yw 1.1 TW, ac mae'r egni canolrif yn fwy na 100 μJ. Mae'r astudiaeth hefyd yn darparu tystiolaeth gref ar gyfer ymddygiad uwch-raddio tebyg i soliton yn y maes pelydr-X.Laserau ynni uchelwedi gyrru llawer o feysydd ymchwil newydd, gan gynnwys ffiseg maes uchel, sbectrosgopeg attosecond, a chyflymyddion gronynnau laser. Ymhlith pob math o laserau, defnyddir pelydrau-X yn helaeth mewn diagnosis meddygol, canfod diffygion diwydiannol, archwilio diogelwch ac ymchwil wyddonol. Gall y laser electron rhydd pelydr-X (XFEL) gynyddu'r pŵer pelydr-X brig trwy sawl gorchymyn maint o'i gymharu â thechnolegau cynhyrchu pelydr-X eraill, gan ymestyn cymhwysiad pelydrau-X i faes sbectrosgopeg aflinol a delweddu diffreithiant un gronyn lle mae angen pŵer uchel. Mae'r Attosecond XFEL llwyddiannus diweddar yn gyflawniad mawr mewn gwyddoniaeth a thechnoleg Attosecond, gan gynyddu'r pŵer brig sydd ar gael gan fwy na chwe gorchymyn maint o'i gymharu â ffynonellau pelydr-X benchtop.

Laserau electron am ddimYn gallu cael egni pwls llawer o orchmynion maint yn uwch na'r lefel allyriadau digymell gan ddefnyddio ansefydlogrwydd ar y cyd, sy'n cael ei achosi gan ryngweithio parhaus y maes ymbelydredd yn y trawst electron perthynol a'r oscillator magnetig. Yn yr ystod pelydr-X caled (tua 0.01 nm i donfedd 0.1 nm), cyflawnir Fel gan gywasgu bwndel a thechnegau coning ôl-dirlawnder. Yn yr ystod pelydr-X meddal (tua 0.1 nm i donfedd 10 nm), gweithredir FEL gan dechnoleg rhaeadru ffres-sleisen. Yn ddiweddar, adroddwyd bod corbys Attosecond gyda phŵer brig o 100 GW yn cael eu cynhyrchu gan ddefnyddio'r dull allyriadau digymell (ESASE) hunan-ymhelaethu.

Defnyddiodd y tîm ymchwil system ymhelaethu dau gam yn seiliedig ar XFEL i ymhelaethuffynhonnell golauI'r lefel TW, trefn o welliant maint dros y canlyniadau yr adroddwyd arnynt. Dangosir y setiad arbrofol yn Ffigur 1. Yn seiliedig ar y dull ESASE, mae'r allyrrydd ffotocathode yn cael ei fodiwleiddio i gael trawst electron gyda phigyn cerrynt uchel, ac fe'i defnyddir i gynhyrchu corbys pelydr-X attosecond. Mae'r pwls cychwynnol wedi'i leoli ar ymyl blaen pigyn y trawst electron, fel y dangosir yng nghornel chwith uchaf Ffigur 1. Pan fydd yr XFEL yn cyrraedd dirlawnder, mae'r trawst electron yn cael ei ohirio o'i gymharu â'r pelydr-X gan gywasgydd magnetig, ac yna mae'r pwls yn rhyngweithio â'r trawst electron (sleisen ffres) nad yw'n addasu gan yr addasiad ESASE Yn olaf, defnyddir ail unddwr magnetig i ymhelaethu ymhellach ar y pelydrau-X trwy ryngweithio corbys attosecond â'r dafell ffres.

Ffig. 1 Diagram Dyfais Arbrofol; Mae'r llun yn dangos y gofod cyfnod hydredol (diagram egni-amser yr electron, gwyrdd), y proffil cyfredol (glas), a'r ymbelydredd a gynhyrchir trwy ymhelaethu gorchymyn cyntaf (porffor). Xtcav, ceudod traws-band-band; CVMI, System Delweddu Mapio Cyflym Cyfechelog; FZP, Sbectromedr Plât Band Fresnel

Mae'r holl gorbys attosecond wedi'u hadeiladu o sŵn, felly mae gan bob pwls briodweddau sbectrol a pharth amser gwahanol, a archwiliodd yr ymchwilwyr yn fwy manwl. O ran sbectra, fe wnaethant ddefnyddio sbectromedr plât band Fresnel i fesur sbectra corbys unigol ar wahanol hydoedd tonnog cyfatebol, a chanfod bod y sbectra hyn yn cynnal tonffurfiau llyfn hyd yn oed ar ôl ymhelaethu eilaidd, gan nodi bod y corbys yn aros yn anbwyseddol. Yn y parth amser, mae'r cyrion onglog yn cael ei fesur a nodweddir tonffurf parth amser y pwls. Fel y dangosir yn Ffigur 1, mae'r pwls pelydr-X yn gorgyffwrdd â'r pwls laser is-goch polariaidd cylchol. Bydd y ffotodrydanol a ïonir gan y pwls pelydr-X yn cynhyrchu streipiau i'r cyfeiriad gyferbyn â photensial fector y laser is-goch. Oherwydd bod maes trydan y laser yn cylchdroi gydag amser, mae dosbarthiad momentwm y ffotodrydanol yn cael ei bennu erbyn amser allyriadau electronau, ac mae'r berthynas rhwng modd onglog yr amser allyriadau a dosbarthiad momentwm y ffotodrydanol wedi'i sefydlu. Mae dosbarthiad momentwm ffotodrydanol yn cael ei fesur gan ddefnyddio sbectromedr delweddu mapio cyflym cyfechelog. Yn seiliedig ar y canlyniadau dosbarthu a sbectrol, gellir ailadeiladu tonffurf parth amser corbys Attosecond. Mae Ffigur 2 (a) yn dangos dosbarthiad hyd pwls, gyda chanolrif o 440 fel. Yn olaf, defnyddiwyd y synhwyrydd monitro nwy i fesur egni'r pwls, a chyfrifwyd y plot gwasgariad rhwng pŵer y pwls brig a hyd y pwls fel y dangosir yn Ffigur 2 (b). Mae'r tri chyfluniad yn cyfateb i wahanol amodau ffocws trawst electronau, amodau ceinlo chwifio ac amodau oedi cywasgydd magnetig. Roedd y tri chyfluniad yn esgor ar egni pwls cyfartalog o 150, 200, a 260 µJ, yn y drefn honno, gydag uchafswm pŵer brig o 1.1 TW.

Ffigur 2. (a) histogram dosbarthu hyd pwls lled llawn hanner uchder (FWHM); (b) Plot gwasgariad sy'n cyfateb i bŵer brig a hyd pwls

Yn ogystal, arsylwodd yr astudiaeth am y tro cyntaf ffenomen superemission tebyg i soliton yn y band pelydr-X, sy'n ymddangos fel byrhau pwls parhaus yn ystod ymhelaethu. Mae'n cael ei achosi gan ryngweithio cryf rhwng electronau ac ymbelydredd, gydag egni yn cael ei drosglwyddo'n gyflym o'r electron i ben y pwls pelydr-X ac yn ôl i'r electron o gynffon y pwls. Trwy astudiaeth fanwl o'r ffenomen hon, disgwylir y gellir gwireddu corbys pelydr-X gyda hyd byrrach a phŵer brig uwch ymhellach trwy ymestyn y broses ymhelaethu uwch-raddio a manteisio ar fyrhau pwls yn y modd tebyg i soliton.