TW klaseko attosegundoko X izpien pultsu laserra

TW klaseko attosegundoko X izpien pultsu laserra
Attosegundoko X izpiakpultsu laserrapotentzia handiko eta pultsu-iraupen laburreko espektroskopia ez-lineal ultra-azkarra eta X izpien difrakzio-irudiak lortzeko gakoa dira. Estatu Batuetako ikerketa-taldeak bi faseko kaskada bat erabili zuenX izpien elektroi askeko laserrakatosegundoko pultsu diskretuak ateratzeko. Dauden txostenekin alderatuta, pultsuen batez besteko potentzia maximoa magnitude ordena bat handitzen da, potentzia maximoa 1,1 TW da eta energia mediana 100 μJ baino gehiago da. Ikerketak, gainera, ebidentzia sendoak ematen ditu solitoi-antzeko supererradiazio-portaeraren alde X izpien eremuan.Energia handiko laserrakIkerketa-arlo berri asko bultzatu dituzte, besteak beste, eremu handiko fisika, attosegundoetako espektroskopia eta laser partikula-azeleragailuak. Laser mota guztien artean, X izpiak asko erabiltzen dira diagnostiko medikoan, industria-akatsen detekzioan, segurtasun-ikuskapenean eta ikerketa zientifikoan. X izpien elektroi askeko laserrak (XFEL) X izpien potentzia maximoa hainbat magnitude-ordena handitu dezake beste X izpien sorkuntza-teknologiekin alderatuta, eta horrela, X izpien aplikazioa espektroskopia ez-linealaren eta partikula bakarreko difrakzio-irudien arlora zabaldu daiteke, non potentzia handia behar den. Duela gutxiko attosegundoetako XFEL arrakastatsua lorpen garrantzitsua da attosegundoetako zientzian eta teknologian, eskuragarri dagoen potentzia maximoa sei magnitude-ordena baino gehiago handitu baitu mahai gaineko X izpien iturriekin alderatuta.

Elektroi askeko laserrakezegonkortasun kolektiboa erabiliz, ezegonkortasun hori erradiazio-eremuaren eta osziladore magnetikoaren arteko etengabeko elkarrekintzak eragiten du, igorpen espontaneoaren maila baino magnitude-ordena askoz handiagoak. X izpi gogorreko tartean (0,01 nm eta 0,1 nm arteko uhin-luzera gutxi gorabehera), FEL lortzen da multzo-konpresioaren eta saturazio osteko konizazio-tekniken bidez. X izpi biguneko tartean (0,1 nm eta 10 nm arteko uhin-luzera gutxi gorabehera), FEL kaskada-xerra freskoen teknologiaren bidez ezartzen da. Duela gutxi, 100 GW-ko potentzia maximoa duten attosegundoko pultsuak sortu direla jakinarazi da igorpen espontaneo autoanplifikatu hobetua (ESASE) metodoa erabiliz.

Ikerketa-taldeak XFEL-en oinarritutako bi etapako anplifikazio-sistema bat erabili zuen linac koherentearen X izpi bigunen attosegundoen pultsu-irteera anplifikatzeko.argi-iturriTW mailara arte, jakinarazitako emaitzekin alderatuta magnitude ordenako hobekuntza. Esperimentu-konfigurazioa 1. irudian ageri da. ESASE metodoan oinarrituta, fotokatodo igorlea modulatzen da korronte-punta handiko elektroi-sorta bat lortzeko, eta atosegundoko X izpien pultsuak sortzeko erabiltzen da. Hasierako pultsua elektroi-sortaren puntaren aurreko ertzean kokatzen da, 1. irudiaren goiko ezkerreko izkinan erakusten den bezala. XFEL saturaziora iristen denean, elektroi-sorta X izpiekiko atzeratzen da konpresore magnetiko batek, eta ondoren pultsuak elektroi-sortarekin (xerra freskoa) elkarreragiten du, eta hori ez da ESASE modulazioak edo FEL laserrak aldatzen. Azkenik, bigarren onduladore magnetiko bat erabiltzen da X izpiak gehiago anplifikatzeko, atosegundoko pultsuek xerra freskoarekin duten elkarreraginaren bidez.

1. IRUDIA Gailu esperimentalaren diagrama; Ilustrazioak fase-espazio longitudinala (elektroiaren denbora-energia diagrama, berdez), korronte-profila (urdinaz) eta lehen ordenako anplifikazioz sortutako erradiazioa (moreaz) erakusten ditu. XTCAV, X bandako zeharkako barrunbea; cVMI, mapaketa azkarreko irudi-sistema koaxiala; FZP, Fresnel banda-plaka espektrometroa

Atosegundoko pultsu guztiak zaratatik sortzen dira, beraz, pultsu bakoitzak propietate espektral eta denbora-domeinu desberdinak ditu, eta ikertzaileek xehetasun gehiagorekin aztertu dituzte. Espektroei dagokienez, Fresnel banda-plaka espektrometro bat erabili zuten uhinlagailu-luzera baliokide desberdinetako pultsu indibidualen espektroak neurtzeko, eta ikusi zuten espektro horiek uhin-forma leunak mantentzen zituztela bigarren mailako anplifikazioa egin ondoren ere, eta horrek adierazten du pultsuak unimodalak izaten jarraitzen zutela. Denbora-domeinuan, angelu-ertzak neurtzen dira eta pultsuaren denbora-domeinuko uhin-forma karakterizatzen da. 1. irudian erakusten den bezala, X izpien pultsua zirkularki polarizatutako infragorri laser pultsuarekin gainjartzen da. X izpien pultsuak ionizatutako fotoelektroiek infragorri laserraren bektore-potentzialaren aurkako norabidean marrak sortuko dituzte. Laserraren eremu elektrikoa denborarekin biratzen denez, fotoelektroiaren momentu-banaketa elektroi-igorpenaren denborak zehazten du, eta igorpen-denboraren modu angeluarraren eta fotoelektroiaren momentu-banaketaren arteko erlazioa ezartzen da. Fotoelektroi-momentuaren banaketa irudi-espektrometro koaxial azkar bat erabiliz neurtzen da. Banaketa eta espektro emaitzetan oinarrituta, attosegundoetako pultsuen denbora-domeinuko uhin-forma berreraiki daiteke. 2 (a) irudiak pultsuaren iraupenaren banaketa erakusten du, 440 as-ko mediana duela. Azkenik, gasaren monitorizazio detektagailua erabili zen pultsuaren energia neurtzeko, eta 2 (b) irudian erakusten den pultsuaren potentzia maximoaren eta pultsuaren iraupenaren arteko sakabanaketa-diagrama kalkulatu zen. Hiru konfigurazioak elektroi-sortaren fokatze-baldintza, uhin-konoen baldintza eta konpresore magnetikoaren atzerapen-baldintza desberdinei dagozkie. Hiru konfigurazioek 150, 200 eta 260 µJ-ko batez besteko pultsu-energiak eman zituzten, hurrenez hurren, 1,1 TW-ko potentzia maximoarekin.

2. irudia. (a) Altuera erdiko eta zabalera osoko pultsu-iraupenaren (FWHM) banaketa-histograma; (b) Puntuko potentziari eta pultsu-iraupenari dagokion sakabanaketa-diagrama

Horrez gain, ikerketak lehen aldiz ikusi zuen X izpien bandan solitoi-itxurako superemisioaren fenomenoa, anplifikazioan zehar pultsuaren laburdura jarraitu gisa agertzen dena. Elektroien eta erradiazioaren arteko elkarrekintza sendo batek eragiten du, energia azkar transferitzen baita elektroitik X izpien pultsuaren burura eta berriro elektroira pultsuaren isatsetik. Fenomeno honen azterketa sakonaren bidez, espero da iraupen laburragoko eta potentzia maximo handiagoa duten X izpien pultsuak gehiago lor daitezkeela supererradiazioaren anplifikazio prozesua luzatuz eta solitoi-itxurako moduan pultsuaren laburdura aprobetxatuz.