TW Classe Attosecond X-Ray Pulse Laser

TW Classe Attosecond X-Ray Pulse Laser
Attosegon X-Raylàser de polsAmb una gran potència i una durada de pols curta són la clau per aconseguir una espectroscòpia no lineal ultra ràpida i una imatge de difracció de raigs X. L’equip de recerca dels Estats Units va utilitzar una cascada de dues etapesLàsers d’electrons lliures de raigs XPer produir polsos discrets. En comparació amb els informes existents, la potència màxima mitjana dels polsos s’incrementa per un ordre de magnitud, la potència màxima màxima és d’1,1 TW i l’energia mitjana és de més de 100 μJ. L’estudi també proporciona evidències fortes sobre el comportament de superradiació similar al solitó en el camp de rajos X.Làsers d’alta energiaHan impulsat moltes noves àrees de recerca, incloses la física de camp alt, l’espectroscòpia atosegona i els acceleradors de partícules làser. Entre tot tipus de làsers, les radiografies s’utilitzen àmpliament en el diagnòstic mèdic, la detecció de defectes industrials, la inspecció de seguretat i la investigació científica. El làser d’electrons lliures de raigs X (XFEL) pot augmentar la potència màxima de raigs X mitjançant diversos ordres de magnitud en comparació amb altres tecnologies de generació de raigs X, ampliant així l’aplicació de raigs X al camp d’espectroscòpia no lineal i una imatge de difracció d’una sola partícula on es requereix una potència elevada. El recent reeixit Attosegond XFEL és un assoliment important en la ciència i la tecnologia Attosegond, augmentant la potència màxima disponible per més de sis ordres de magnitud en comparació amb les fonts de raigs X de Benchtop.

Làsers d’electrons gratuïtsPot obtenir energies de pols Molts ordres de magnitud superiors al nivell d’emissió espontània mitjançant la inestabilitat col·lectiva, causada per la interacció contínua del camp de radiació en el feix d’electrons relativista i l’oscil·lador magnètic. En el rang de raigs X dur (aproximadament 0,01 nm a 0,1 nm longitud d’ona), Fel s’aconsegueix mitjançant compressió de paquets i tècniques de coning post-saturació. En el rang de raigs X tou (longitud d’ona de 0,1 a 10 nm a 10 nm), Fel s’implementa per la tecnologia de lliscament fresc en cascada. Recentment, s'han informat que els polsos atosegons amb una potència màxima de 100 GW s'han generat mitjançant el mètode d'emissió espontània (ESASE) autoamplificada millorada.

L’equip d’investigació va utilitzar un sistema d’amplificació de dues etapes basat en XFEL per amplificar la sortida de pols de raigs X suau del Linac Coherentfont de llumAl nivell TW, un ordre de millora de la magnitud respecte als resultats reportats. La configuració experimental es mostra a la figura 1. A partir del mètode ESASE, l’emissor de fotocatodes està modulat per obtenir un feix d’electrons amb una espiga de corrent elevada i s’utilitza per generar polsos de raigs X atosegons. El pols inicial es troba a la vora frontal de la espiga del feix d’electrons, tal com es mostra a la cantonada superior esquerra de la figura 1. Quan el XFEL arriba a la saturació, el feix d’electrons es retarda respecte a la radiografia per un compressor magnètic, i després el pols interacciona amb el feix d’electrons (llesca fresca) que no es modifica per la modulació de la Esase o el fel làser. Finalment, s’utilitza un segon ondulador magnètic per amplificar encara més els raigs X mitjançant la interacció de polsos atosegons amb la llesca fresca.

Fig. 1 Diagrama de dispositius experimentals; La il·lustració mostra l’espai de fase longitudinal (diagrama d’energia del temps de l’electró, verd), el perfil actual (blau) i la radiació produïda per l’amplificació de primer ordre (morat). Xtcav, cavitat transversal de banda X; CVMI, sistema d’imatge de mapatge ràpid coaxial; FZP, espectròmetre de plaques de banda Fresnel

Tots els polsos atosegons estan construïts a partir del soroll, de manera que cada pols té diferents propietats espectrals i de domini del temps, que els investigadors van explorar amb més detall. En termes d’espectres, van utilitzar un espectròmetre de placa de banda de Fresnel per mesurar els espectres de polsos individuals a diferents longituds del ondulador equivalents i van trobar que aquests espectres mantenien formes d’ona llises fins i tot després de l’amplificació secundària, cosa que indica que els polsos es mantenien poc imodals. En el domini temporal, es mesura la franja angular i es caracteritza la forma d'ona del domini temporal del pols. Com es mostra a la figura 1, el pols de rajos X es sobreposa amb el pols làser infraroig polaritzat circularment. Els fotoelectrons ionitzats pel pols de rajos X produiran ratlles en la direcció oposada al potencial vectorial del làser infraroig. Com que el camp elèctric del làser gira amb el temps, la distribució d’impuls del fotoelectron es determina pel moment d’emissió d’electrons i s’estableix la relació entre el mode angular del temps d’emissió i la distribució d’impuls del fotoelectron. La distribució de l’impuls de fotoelectrons es mesura mitjançant un espectròmetre d’imatge de mapeig ràpid coaxial. A partir de la distribució i els resultats espectrals, es pot reconstruir la forma d'ona del domini temporal dels polsos atosegons. La figura 2 (a) mostra la distribució de la durada del pols, amb una mediana de 440 AS. Finalment, es va utilitzar el detector de control de gas per mesurar l’energia del pols i es va calcular la trama de dispersió entre la potència del pols màxim i la durada del pols, tal com es mostra a la figura 2 (b). Les tres configuracions corresponen a diferents condicions d’enfocament de feixos d’electrons, condicions de conting Waver i condicions de retard del compressor magnètic. Les tres configuracions van produir energies mitjanes de pols de 150, 200 i 260 µJ, respectivament, amb una potència màxima màxima de 1,1 TW.

Figura 2. (A) Durada de la distribució de la durada de pols de mitja alçada (FWHM); (b) Parcel·la de dispersió corresponent a la potència màxima i la durada del pols

A més, l'estudi també va observar per primera vegada el fenomen de la superemissió similar al solitó a la banda de raigs X, que apareix com un escurçament de pols continu durant l'amplificació. És causada per una forta interacció entre electrons i radiació, amb energia transferida ràpidament de l’electró al cap del pols de rajos X i de nou a l’electró de la cua del pols. Mitjançant un estudi en profunditat d’aquest fenomen, s’espera que els polsos de raigs X amb una durada més curta i una potència màxima més alta es puguin realitzar més ampliant el procés d’amplificació de la superradiació i aprofitant l’escurçament de pols en mode similar al solitó.