Laser pwls pelydr-X attosecond dosbarth TW

Laser pwls pelydr-X attosecond dosbarth TW
Pelydr-X Attosecondlaser pwlsgyda phŵer uchel a hyd pwls byr yw'r allwedd i gyflawni sbectrosgopeg aflinol tra chyflym a delweddu diffreithiant pelydr-X. Defnyddiodd y tîm ymchwil yn yr Unol Daleithiau raeadr o ddau gamLaserau pelydr-X electroni allbynnu corbys attosecond arwahanol. O'i gymharu ag adroddiadau presennol, cynyddir pŵer brig cyfartalog y corbys yn ôl trefn 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 uwchbelydru tebyg i Soliton ym 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 eang mewn diagnosis meddygol, canfod diffygion diwydiannol, archwilio diogelwch ac ymchwil wyddonol. Gall y laser pelydr-X electron rhydd (XFEL) gynyddu pŵer pelydr-X brig yn ôl nifer o orchmynion maint o'i gymharu â thechnolegau cynhyrchu pelydr-X eraill, gan ymestyn y defnydd o belydrau-X i faes sbectrosgopeg aflinol a sengl. delweddu diffreithiant gronynnau 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 cyfunol, sy'n cael ei achosi gan ryngweithio parhaus y maes ymbelydredd yn y pelydr electron perthnaseddol a'r osgiliadur magnetig. Yn yr ystod pelydr-X caled (tua 0.01 nm i 0.1 nm tonfedd), cyflawnir FEL trwy gywasgu bwndel a thechnegau conio ôl-dirlawnder. Yn yr ystod pelydr-X meddal (tua 0.1 nm i 10 nm tonfedd), mae FEL yn cael ei weithredu gan dechnoleg sleisys ffres rhaeadru. Yn ddiweddar, adroddwyd bod corbys attosecond gyda phŵer brig o 100 GW yn cael eu cynhyrchu gan ddefnyddio'r dull allyriadau digymell hunan-chwyddedig gwell (ESASE).

Defnyddiodd y tîm ymchwil system chwyddo dau gam yn seiliedig ar XFEL i chwyddo allbwn pelydr-X meddal attosecond curiad y galon o'r cydlynol linacffynhonnell golaui lefel TW, trefn maint o welliant o gymharu â'r canlyniadau a adroddwyd. Dangosir y gosodiad arbrofol yn Ffigur 1. Yn seiliedig ar y dull ESASE, mae'r allyrrydd ffotocatod yn cael ei fodiwleiddio i gael pelydr electron â 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 y XFEL yn cyrraedd dirlawnder, caiff y trawst electron ei ohirio o'i gymharu â'r pelydr-X gan gywasgydd magnetig, ac yna mae'r pwls yn rhyngweithio â'r pelydr electron (tafell ffres) nad yw'n cael ei addasu gan y modiwleiddio ESASE neu laser FEL. Yn olaf, defnyddir ail undulator magnetig i chwyddo'r pelydrau-X ymhellach trwy ryngweithio corbys attosecond gyda'r sleisen ffres.

FFIG. 1 Diagram dyfais arbrofol; Mae'r llun yn dangos y gofod cyfnod hydredol (diagram ynni amser o'r electron, gwyrdd), y proffil cyfredol (glas), a'r ymbelydredd a gynhyrchir gan ymhelaethiad gorchymyn cyntaf (porffor). XTCAV, ceudod traws-band X; cVMI, system ddelweddu mapio cyflym cyfechelog; FZP, sbectromedr plât band Fresnel

Mae pob curiad attosecond yn cael ei adeiladu o sŵn, felly mae gan bob pwls wahanol briodweddau sbectrol ac amser, a archwiliwyd yn fanylach gan yr ymchwilwyr. O ran sbectra, defnyddion nhw sbectromedr plât band Fresnel i fesur sbectra corbys unigol ar wahanol hyd undulator cyfwerth, a chanfod bod y sbectra hyn yn cynnal tonffurfiau llyfn hyd yn oed ar ôl ymhelaethu eilaidd, gan ddangos bod y corbys yn parhau i fod yn unimodal. Yn y parth amser, mae'r ymyl onglog yn cael ei fesur a nodweddir tonffurf parth amser y pwls. Fel y dangosir yn Ffigur 1, mae'r pwls pelydr-X wedi'i orgyffwrdd â'r curiad laser isgoch wedi'i begynu'n gylchol. Bydd y ffotoelectronau sydd wedi'u ïoneiddio gan y pwls pelydr-X yn cynhyrchu rhediadau i'r cyfeiriad gyferbyn â photensial fector y laser isgoch. Oherwydd bod maes trydan y laser yn cylchdroi gydag amser, mae dosbarthiad momentwm y ffotoelectron yn cael ei bennu gan amser yr allyriadau electronau, ac mae'r berthynas rhwng modd onglog yr amser allyriadau a dosbarthiad momentwm y ffotoelectron wedi'i sefydlu. Mae dosbarthiad momentwm ffotoelectron yn cael ei fesur gan ddefnyddio sbectromedr delweddu mapio cyflym cyfechelog. Yn seiliedig ar y dosbarthiad a'r canlyniadau sbectrol, gellir ail-greu tonffurf parth amser corbys attosecond. Mae Ffigur 2 (a) yn dangos dosraniad hyd curiad y galon, gyda chanolrif o 440 fel. Yn olaf, defnyddiwyd y synhwyrydd monitro nwy i fesur yr egni pwls, a chyfrifwyd y llain gwasgariad rhwng y pŵer pwls brig a hyd y pwls fel y dangosir yn Ffigur 2 (b). Mae'r tri ffurfweddiad yn cyfateb i wahanol amodau canolbwyntio trawst electron, amodau coning waver ac amodau oedi cywasgwr magnetig. Cynhyrchodd y tri chyfluniad 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 dosbarthiad hanner uchder Lled llawn (FWHM) pwls hyd; (b) Plot gwasgariad sy'n cyfateb i bŵer brig a hyd curiad y galon

Yn ogystal, mae'r astudiaeth hefyd yn arsylwi am y tro cyntaf y ffenomen o uwch-allyriad 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'n cael ei drosglwyddo'n gyflym o'r electron i ben curiad y 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 â hyd byrrach a phŵer brig uwch ymhellach trwy ymestyn y broses mwyhau uwchbelydru a manteisio ar fyrhau curiad y galon mewn modd tebyg i soliton.