Tw Class Attosecond X-Ray Pulse Laser

Tw Class Attosecond X-Ray Pulse Laser
Attosecond الأشعة السينيةليزر النبضمع الطاقة العالية ومدة النبض القصيرة هي المفتاح لتحقيق التحليل الطيفي غير الخطي فائق السرعة وتصوير حيود الأشعة السينية. استخدم فريق الأبحاث في الولايات المتحدة سلسلة من مرحلتينأشعة إلكترونية خالية من الأشعة السينيةلإخراج نبضات attosecond منفصلة. بالمقارنة مع التقارير الحالية ، يتم زيادة متوسط ​​قوة الذروة للبولسيس بترتيب من حيث الحجم ، والحد الأقصى للطاقة الذروة هي 1.1 TW ، والطاقة المتوسطة أكثر من 100 μJ. توفر الدراسة أيضًا دليلًا قويًا على سلوك الفائق الشبيه بالسولتون في مجال الأشعة السينية.الليزر عالي الطاقةلقد دفعت العديد من مجالات البحث الجديدة ، بما في ذلك الفيزياء عالية المجال ، والتحليل الطيفي ، ومسرعات الجسيمات بالليزر. من بين جميع أنواع الليزر ، تستخدم الأشعة السينية على نطاق واسع في التشخيص الطبي ، والكشف عن العيوب الصناعية ، وفحص السلامة ، والبحث العلمي. يمكن أن يزيد الليزر الإلكترون الخالي من الأشعة السينية (XFEL) من ذروة طاقة الأشعة السينية بعدة أوامر من حيث الحجم مقارنة بتقنيات توليد الأشعة السينية الأخرى ، وبالتالي تمديد تطبيق الأشعة السينية على مجال التحليل الطيفي غير الخطي وتصوير حيود الجسيمات الواحد حيث تكون الطاقة العالية مطلوبة. يعد Attosecond XFEL الناجح الأخير إنجازًا كبيرًا في العلوم والتكنولوجيا في Attosecond ، مما يزيد من قوة الذروة المتاحة بأكثر من ستة أوامر من حيث الحجم مقارنة بمصادر الأشعة السينية.

ليزر الإلكترون الحرةيمكن الحصول على طاقات النبضات العديد من أوامر الحجم أعلى من مستوى الانبعاثات التلقائية باستخدام عدم الاستقرار الجماعي ، وهو سبب التفاعل المستمر في مجال الإشعاع في شعاع الإلكترون النسبي والمذبذب المغناطيسي. في نطاق الأشعة السينية الصلبة (حوالي 0.01 نانومتر إلى 0.1 نانومتر الطول الموجي) ، يتم تحقيق FEL عن طريق ضغط الحزمة وتقنيات المخروطية بعد التشبع. في نطاق الأشعة السينية الناعمة (حوالي 0.1 نانومتر إلى 10 نانومتر الطول الموجي) ، يتم تنفيذ FEL بواسطة تقنية شريحة Cascade الطازجة. في الآونة الأخيرة ، تم الإبلاغ عن أن نبضات Attosecond التي لديها ذروة قدرة 100 GW يتم إنشاؤها باستخدام طريقة الانبعاث العفوي المعززة ذاتيا (ESASE) المعززة.

استخدم فريق البحث نظام تضخيم على مرحلتين يعتمد على XFEL لتضخيم إخراج نبض ATTOSECOND الناعم من Linac Coherentمصدر الضوءإلى مستوى TW ، ترتيب تحسن الحجم على النتائج المبلغ عنها. يوضح الشكل 1 الإعداد التجريبي في الشكل 1. بناءً على طريقة ESASE ، يتم تعديل باعث الصوتية الضوئية للحصول على شعاع إلكترون مع ارتفاع تيار مرتفع ، ويستخدم لإنشاء نبضات الأشعة السينية attosecond. يقع النبض الأولي في الحافة الأمامية لارتفاع شعاع الإلكترون ، كما هو موضح في الزاوية اليسرى العلوية من الشكل 1. عندما يصل XFEL إلى التشبع ، يتم تأخير شعاع الإلكترون بالنسبة إلى الأشعة السينية بواسطة ضاغط مغناطيسي ، ثم يتفاعل النبض مع شعاع الإلكترون (شريحة جديدة) لا يتم تعديله بواسطة تعديل ESSE أو Fel Laser. أخيرًا ، يتم استخدام Undulation المغناطيسي الثاني لزيادة تضخيم الأشعة السينية من خلال تفاعل نبضات Attosecond مع الشريحة الطازجة.

تين. 1 مخطط الجهاز التجريبي. يوضح التوضيح مساحة المرحلة الطولية (مخطط الطاقة الزمنية للإلكترون والأخضر) والملف الشخصي الحالي (الأزرق) والإشعاع الناتج عن التضخيم من الدرجة الأولى (الأرجواني). XTCAV ، X-Band Tarverse Cavity ؛ CVMI ، نظام تصوير الخرائط السريعة المحورية ؛ FZP ، مطياف لوحة فرقة فريسنل

تم تصميم جميع نبضات ATTOSECOND من الضوضاء ، لذلك كل نبضة لها خصائص طيفية ومجال زمني مختلف ، والتي استكشفها الباحثون بمزيد من التفصيل. من حيث الأطياف ، استخدموا مطياف لوحة فرقة Fresnel لقياس أطياف النبضات الفردية بأطوال غير متكافئة مختلفة ، ووجدوا أن هذه الأطياف حافظت على أشكال موجية ناعمة حتى بعد التضخيم الثانوي ، مما يشير إلى أن النبضات ظلت غير متوفرة. في المجال الزمني ، يتم قياس هامش الزاوي ويتميز الشكل الموجي لمجال النبض. كما هو مبين في الشكل 1 ، يتم تداخل نبض الأشعة السينية مع نبض الليزر الأشعة تحت الحمراء المستقطبة بشكل دائري. ستنتج الكهربات الضوئية التي تأينها نبض الأشعة السينية خطوطًا في الاتجاه المعاكس لإمكانات المتجه للليزر بالأشعة تحت الحمراء. نظرًا لأن المجال الكهربائي للليزر يدور بمرور الوقت ، يتم تحديد توزيع الزخم للضواحي في وقت انبعاث الإلكترون ، ويتم إنشاء العلاقة بين الوضع الزاوي لوقت الانبعاثات وتوزيع الزخم في الإلكترون الضوئي. يتم قياس توزيع زخم الإلكترون الضوئي باستخدام مطياف التصوير السريع المحوري. استنادًا إلى التوزيع والنتائج الطيفية ، يمكن إعادة بناء الشكل الموجي للمجال الزمني لنبضات Attosecond. يوضح الشكل 2 (أ) توزيع مدة النبض ، مع متوسط ​​440. أخيرًا ، تم استخدام كاشف مراقبة الغاز لقياس طاقة النبض ، وتم حساب مؤامرة مبعثرة بين طاقة النبض الذروة ومدة النبض كما هو مبين في الشكل 2 (ب). تتوافق التكوينات الثلاثة مع ظروف تركيز شعاع الإلكترون المختلفة ، وظروف المخروطية الشد ، وظروف تأخير الضاغط المغناطيسي. أسفرت التكوينات الثلاثة عن متوسط ​​طاقات النبض من 150 و 200 و 260 µJ ، على التوالي ، مع أقصى قدر من قوة الذروة البالغة 1.1 TW.

الشكل 2. (أ) الرسم البياني التوزيع لمدة نصف ارتفاع عرض النبض (FWHM) ؛ (ب) مؤامرة مبعثرة تقابل قوة الذروة ومدة النبض

بالإضافة إلى ذلك ، لاحظت الدراسة أيضًا لأول مرة ظاهرة Soferemission التي تشبه سولتون في نطاق الأشعة السينية ، والتي تظهر كاختصار للنبض المستمر أثناء التضخيم. إنه ناتج عن تفاعل قوي بين الإلكترونات والإشعاع ، مع نقل الطاقة بسرعة من الإلكترون إلى رأس نبض الأشعة السينية والعودة إلى الإلكترون من ذيل النبض. من خلال دراسة متعمقة لهذه الظاهرة ، من المتوقع أن تتحقق نبضات الأشعة السينية ذات المدة الأقصر وقوة الذروة العالية من خلال توسيع عملية تضخيم الفائقة والاستفادة من تقصير النبض في الوضع الشبيه بالسولتون.