Laser a raggi X Attosecondi TW
Raggi X AttosecondiPulse laserCon una durata dell'impulso elevata e breve è la chiave per ottenere la spettroscopia non lineare ultravellante e l'imaging di diffrazione dei raggi X. Il team di ricerca negli Stati Uniti ha utilizzato una cascata di due fasiLaser di elettroni gratuiti a raggi Xper ottenere impulsi di attosecondi discreti. Rispetto ai rapporti esistenti, la potenza di picco media degli impulsi viene aumentata di un ordine di grandezza, la potenza di picco massima è 1,1 TW e l'energia mediana è superiore a 100 μJ. Lo studio fornisce anche forti prove per il comportamento di superradiazione simile a soliton nel campo dei raggi X.Laser ad alta energiahanno guidato molte nuove aree di ricerca, tra cui la fisica ad alto campo, la spettroscopia di Attosecondo e gli acceleratori di particelle laser. Tra tutti i tipi di laser, i raggi X sono ampiamente utilizzati nella diagnosi medica, nel rilevamento dei difetti industriali, nell'ispezione della sicurezza e nella ricerca scientifica. Il laser a raggi X a raggi libera (XFEL) può aumentare la potenza dei raggi X di picco di diversi ordini di grandezza rispetto ad altre tecnologie di generazione a raggi X, estendendo così l'applicazione dei raggi X nel campo della spettroscopia non lineare e dell'imaging diffrazione a singola particella in cui è necessaria un'alta potenza. Il recente successo di Attosecond Xfel è un risultato importante nella scienza e nella tecnologia Attosecondi, aumentando la potenza di picco disponibile di oltre sei ordini di grandezza rispetto alle fonti di raggi X da banco.
Laser di elettroni gratuitipuò ottenere energie di impulsi molti ordini di grandezza superiori al livello di emissione spontanea usando l'instabilità collettiva, che è causata dall'interazione continua del campo di radiazione nel fascio di elettroni relativistici e l'oscillatore magnetico. Nell'intervallo di raggi X dura (circa 0,01 nm a 0,1 nm di lunghezza d'onda), Fel è ottenuto mediante tecniche di compressione del pacchetto e post-saturazione. Nella gamma di raggi X morbidi (circa 0,1 nm a 10 nm di lunghezza d'onda), Fel è implementato dalla tecnologia a slitta fresca a cascata. Recentemente, è stato riportato che gli impulsi di attosecondi con una potenza di picco di 100 GW vengano generati utilizzando il metodo di emissione spontanea auto-amplificata potenziata.
Il team di ricerca ha utilizzato un sistema di amplificazione a due stadi basato su XFEL per amplificare l'output dell'impulso ATTOSECOND a raggi X soft da LINAC coerentesorgente luminosaA livello di TW, un ordine di miglioramento della grandezza rispetto ai risultati riportati. L'impostazione sperimentale è mostrata nella Figura 1. In base al metodo ESasi, l'emettitore di Photocathode è modulato per ottenere un fascio di elettroni con un picco ad alta corrente e viene utilizzato per generare impulsi a raggi X Attosecondi. L'impulso iniziale si trova sul bordo anteriore del picco del raggio di elettroni, come mostrato nell'angolo in alto a sinistra della Figura 1. Quando l'XFEL raggiunge la saturazione, il raggio di elettroni viene ritardato rispetto al raggio X da un compressore magnetico, e quindi l'impulso interagisce con il raggio di elettroni (fetta fresca) che non è modificata dalla modulazione eesase o da una pinna laser. Infine, un secondo ondulatore magnetico viene utilizzato per amplificare ulteriormente i raggi X attraverso l'interazione di impulsi di attosecondi con la fetta fresca.
FICO. 1 diagramma sperimentale del dispositivo; L'illustrazione mostra lo spazio di fase longitudinale (diagramma di energia temporale dell'elettrone, verde), il profilo corrente (blu) e le radiazioni prodotte dall'amplificazione del primo ordine (viola). XTCAV, cavità trasversale in banda X; CVMI, sistema di imaging a mappatura rapida coassiale; FZP, spettrometro a banda Fresnel
Tutti gli impulsi di attosecondi sono costruiti dal rumore, quindi ogni impulso ha proprietà spettrali e domini del tempo, che i ricercatori hanno esplorato in modo più dettagliato. In termini di spettri, hanno utilizzato uno spettrometro a banda Fresnel per misurare gli spettri dei singoli impulsi a diverse lunghezze di ondulatori equivalenti e hanno scoperto che questi spettri hanno mantenuto le forme d'onda lisce anche dopo l'amplificazione secondaria, indicando che gli impulsi sono rimasti unimodali. Nel dominio del tempo, viene misurata la frangia angolare e viene caratterizzata la forma d'onda del dominio del tempo dell'impulso. Come mostrato nella Figura 1, l'impulso a raggi X è sovrapposto all'impulso laser a infrarossi polarizzato circolare. I fotoelettroni ionizzati dall'impulso a raggi X produrranno strisce nella direzione opposta al potenziale vettoriale del laser a infrarossi. Poiché il campo elettrico del laser ruota con il tempo, la distribuzione del momento del fotoelettrone è determinata dal tempo dell'emissione di elettroni e viene stabilita la relazione tra la modalità angolare del tempo di emissione e la distribuzione del momento del fotoelettrone. La distribuzione del momento del fotoelettrone viene misurata utilizzando uno spettrometro di imaging a mappatura rapida coassiale. Sulla base della distribuzione e dei risultati spettrali, è possibile ricostruire la forma d'onda del dominio del tempo degli impulsi di attosecondi. La Figura 2 (a) mostra la distribuzione della durata dell'impulso, con una mediana di 440 AS. Infine, il rilevatore di monitoraggio del gas è stato utilizzato per misurare l'energia dell'impulso e è stato calcolato il grafico a dispersione tra la potenza del polso di picco e la durata dell'impulso, come mostrato nella Figura 2 (b). Le tre configurazioni corrispondono a diverse condizioni di messa a fuoco del fascio di elettroni, condizioni di coning waver e condizioni di ritardo del compressore magnetico. Le tre configurazioni hanno prodotto energie di impulsi medi di 150, 200 e 260 µJ, rispettivamente, con una potenza di picco massima di 1,1 TW.
Figura 2. (A) istogramma di distribuzione della durata dell'impulso a metà altezza larghezza (FWHM); (b) diagramma a dispersione corrispondente alla potenza di picco e alla durata
Inoltre, lo studio ha anche osservato per la prima volta il fenomeno della supervisione simile a un soliton nella banda a raggi X, che appare come un accorciamento a impulso continuo durante l'amplificazione. È causato da una forte interazione tra elettroni e radiazioni, con energia rapidamente trasferita dall'elettrone alla testa dell'impulso a raggi X e di nuovo all'elettrone dalla coda dell'impulso. Attraverso uno studio approfondito di questo fenomeno, si prevede che gli impulsi a raggi X con durata più breve e una maggiore potenza di picco possano essere ulteriormente realizzati estendendo il processo di amplificazione della superradiazione e sfruttando l'accorciamento degli impulsi in modalità simile a soliton.
Tempo post: maggio-27-2024