TW klaseko attosegundoko X izpien pultsu laserra

TW klaseko attosegundoko X izpien pultsu laserra
Attosegundoko X izpiakpultsu laserrapotentzia handiko eta pultsu iraupen laburrekoak dira espektroskopia ez-lineal ultraazkarra eta X izpien difrakzio-irudiak lortzeko. Estatu Batuetako ikerketa-taldeak bi etapako kaskada erabili zuenX izpien elektroi askeko laserrakatosegundoko pultsu diskretuak ateratzeko. Dauden txostenekin alderatuta, pultsuen batez besteko potentzia gailurra magnitude ordena batean handitzen da, gailur potentzia maximoa 1,1 TW da eta energia mediana 100 μJ baino gehiagokoa da. Azterketak X izpien eremuan soliton antzeko supererradiazio portaeraren froga sendoak eskaintzen ditu.Energia handiko laserrakikerketa-eremu berri asko bultzatu dituzte, eremu altuko fisika, atosegundoko espektroskopia eta laser partikula azeleragailuak barne. Laser mota guztien artean, X izpiak oso erabiliak dira diagnostiko medikoan, akats industrialen detekzioan, segurtasun-ikuskapenean eta ikerketa zientifikoan. X izpien elektroi askeko laserrak (XFEL) X izpien potentzia gailurra handitu dezake hainbat magnitude ordenatan X izpiak sortzeko beste teknologiekin alderatuta, horrela X izpien aplikazioa espektroskopia ez linealaren eta espektroskopia ez-linealaren eremura hedatuz. partikulen difrakzio-irudiak non potentzia handia behar den. Azkenaldian arrakastatsua den attosecond XFEL lorpen garrantzitsu bat da attosecond zientzian eta teknologian, erabilgarri dagoen potentzia gailurra sei magnitude ordena baino gehiago handituz, X izpien X izpi iturriekin alderatuta.

Elektroi askeko laserrakpultsu-energiak lor ditzakete berezko igorpen-maila baino magnitude-ordena handiagoak ezegonkortasun kolektiboa erabiliz, hau da, elektroi-sorta erlatibistan eta osziladore magnetikoaren erradiazio-eremuaren etengabeko elkarreraginak eragindakoa. X izpien barruti gogorrean (0,01 nm eta 0,1 nm inguruko uhin-luzera), FEL sorta konpresio eta saturazio osteko kono tekniken bidez lortzen da. X izpi bigunen barrutian (0,1 nm eta 10 nm inguruko uhin-luzera), FEL kaskada fresko xerra teknologiaren bidez ezartzen da. Berriki, 100 GW-ko potentzia gailurra duten attosegundoko pultsuak sortzen direla jakinarazi dute auto-anplifikatutako emisio espontaneo hobetua (ESAE) metodoa erabiliz.

Ikerketa-taldeak XFEL-en oinarritutako bi etapako anplifikazio-sistema bat erabili zuen linac koherentetik X izpien atosegundoko pultsu bigunak anplifikatzeko.argi iturriaTW mailara, jakinarazitako emaitzen gaineko magnitude-ordena hobetu da. Konfigurazio esperimentala 1. Irudian ageri da. ESASE metodoan oinarrituta, fotokatodo-igorlea modulatzen da korronte-puntu handiko elektroi-sorta lortzeko, eta atosegundoko X izpien pultsuak sortzeko erabiltzen da. Hasierako pultsua elektroi-izpiaren erpinaren aurreko ertzean dago, 1. irudiko goiko ezkerreko ertzean agertzen den moduan. XFEL saturatzera iristen denean, elektroi-sorta X izpiarekiko atzeratzen da konpresore magnetiko baten bidez, eta, ondoren, pultsuak ESASE modulazioak edo FEL laserrak aldatzen ez duen elektroi izpiarekin (xerra freskoa) elkarreragiten du. Azkenik, bigarren onduladore magnetiko bat erabiltzen da X izpiak gehiago anplifikatzeko, atosegundoko pultsuek xerra freskoarekin elkarrekintzaren bidez.

IRUDIA. 1 Gailu esperimentalaren diagrama; Irudiak luzetarako fase-espazioa (elektroiaren denbora-energia diagrama, berdea), korronte-profila (urdina) eta lehen mailako anplifikazioak sortutako erradiazioa (morea) erakusten ditu. XTCAV, X bandako zeharkako barrunbea; cVMI, mapa koaxial azkarreko irudi-sistema; FZP, Fresnel banda-plaken espektrometroa

Attosegundoko pultsu guztiak zaratarekin eraikitzen dira, beraz, pultsu bakoitzak propietate espektral eta denbora-domeinu desberdinak ditu, ikertzaileek zehatzago aztertu zituztenak. Espektroei dagokienez, Fresnel bandako plaken espektrometroa erabili zuten pultsu indibidualen espektroak ondulatzaileen luzera baliokide desberdinetan neurtzeko, eta espektro horiek uhin forma leunak mantentzen zituztela bigarren mailako anplifikazioaren ondoren ere, pultsuak unimodalak izaten jarraitzen zutela adierazi zuten. Denbora-eremuan, ertz angeluarra neurtzen da eta pultsuaren denbora-eremuko uhin-forma ezaugarritzen da. 1. Irudian ikusten den bezala, X izpien pultsua zirkularki polarizatutako laser pultsu infragorriarekin gainjartzen da. X izpien pultsuaren bidez ionizatutako fotoelektroiek marra sortuko dute laser infragorriaren potentzial bektorialaren aurkako noranzkoan. Laserraren eremu elektrikoa denborarekin biratzen denez, fotoelektroiaren momentuaren banaketa elektroien igorpenaren denboraren arabera zehazten da, eta igorpen-denboraren angelu-moduaren eta fotoelektroiaren momentuaren banaketaren arteko erlazioa ezartzen da. Momentu fotoelektroien banaketa neurtzen da mapaketa azkarreko irudi-espektrometro koaxial baten bidez. Banaketa eta emaitz espektralean oinarrituta, atosegundoko pultsuen denbora-domeinuko uhin-forma berreraiki daiteke. 2. irudiak (a) pultsuaren iraupenaren banaketa erakusten du, 440 aseko mediana batekin. Azkenik, gasa kontrolatzeko detektagailua erabili zen pultsu-energia neurtzeko, eta 2 (b) irudian ikusten den pultsu-potentziaren eta pultsuaren iraupenaren arteko sakabanatze grafikoa kalkulatu zen. Hiru konfigurazioek elektroi-izpiaren fokatze-baldintzei, waver-kono-baldintzei eta konpresore magnetikoaren atzerapen-baldintzei dagozkie. Hiru konfigurazioek 150, 200 eta 260 µJ-ko batez besteko pultsu-energiak eman zituzten, hurrenez hurren, 1,1 TW-ko gailurreko potentzia maximoarekin.

2. Irudia (a) Altuera erdiaren banaketa histograma Zabalera osoa (FWHM) pultsuaren iraupena; (b) Sakabanatze grafikoa potentzia gailurrari eta pultsuaren iraupenari dagokiona

Horrez gain, ikerketak X izpien bandan soliton-itxurako superemisioaren fenomenoa ere ikusi du lehen aldiz, anplifikazioan pultsu etengabeko laburtze gisa agertzen dena. Elektroien eta erradiazioen arteko elkarrekintza indartsu batek eragiten du, elektroitik X izpien pultsuaren burura azkar transferitzen den energia eta pultsuaren isatsetik itzultzen den elektroiari. Fenomeno honen azterketa sakonaren bidez, espero da iraupen laburragoa eta gailur potentzia handiagoa duten X izpien pultsuak gehiago gauzatu ahal izatea, supererradiazio anplifikazio-prozesua luzatuz eta pultsu laburtzea soliton moduko moduan aprobetxatuz.