TW-Klasse-Attosekunden-Röntgenpulslaser
Attosekunden-RöntgenaufnahmePulslaserMit hoher Leistung und kurzer Impulsdauer sind die Schlüssel zum Schlüssel zur ultraschnellen nichtlinearen Spektroskopie und zur Röntgenbeugungsbildgebung. Das Forschungsteam in den USA benutzte eine zweistufige KaskadeRöntgenfreie ElektronenlaserAusgabe diskreter Attosekundenimpulse. Im Vergleich zu vorhandenen Berichten wird die durchschnittliche Spitzenleistung der Impulse um eine Größenordnung erhöht, die maximale Spitzenleistung 1,1 TW und die mittlere Energie mehr als 100 μJ beträgt. Die Studie liefert auch starke Belege für das Soliton-ähnliche Überradiationsverhalten im Röntgenfeld.Energiereiche Laserhaben viele neue Forschungsbereiche angetrieben, darunter Physik mit hoher Feldphysik, Attosekundenspektroskopie und Laserpartikelbeschleuniger. Unter allen Arten von Lasern werden Röntgenstrahlen in der medizinischen Diagnose, der Erkennung von Industriefehler, der Sicherheitsinspektion und der wissenschaftlichen Forschung häufig eingesetzt. Der Röntgenfreenelektronenlaser (XFEL) kann die Spitzenröntgenleistung im Vergleich zu anderen Röntgenerzeugungstechnologien um mehrere Größenordnungen erhöhen, wodurch die Anwendung von Röntgenstrahlen auf das Feld nichtlinearer Spektroskopie und Einzelpartikel-Diffraktionsbildgebung erweitert wird, bei denen eine hohe Leistung erforderlich ist. Die jüngste erfolgreiche Attosekunden XFEL ist eine wesentliche Errungenschaft in der Attosekundenwissenschaft und -technologie und erhöht die verfügbare Spitzenleistung um mehr als sechs Größenordnungen im Vergleich zu Röntgenquellen der Benchtop.
Kostenlose ElektronenlaserKann Impulsenergien viele Größenordnungen erhalten, die höher sind als der spontane Emissionsniveau unter Verwendung einer kollektiven Instabilität, die durch die kontinuierliche Wechselwirkung des Strahlungsfeldes im relativistischen Elektronenstrahl und im magnetischen Oszillator verursacht wird. Im harten Röntgenbereich (ca. 0,01 nm bis 0,1 nm Wellenlänge) wird FEL durch Bündelkomprimierung und Nachsättigungs-Coning-Techniken erreicht. Im weichen Röntgenbereich (ca. 0,1 nm bis 10 nm Wellenlänge) wird FEL durch die Cascade Fresh-Slice-Technologie implementiert. In letzter Zeit wurde berichtet, dass Attosekundenimpulse mit einer Spitzenleistung von 100 GW unter Verwendung der erweiterten selbst amplifizierten Spontaneous-Emissionsmethode (ESASE) erzeugt werden.
Das Forschungsteam verwendete ein zweistufiges Amplifikationssystem, das auf XFEL basiertLichtquelleAuf die zwölf Ebene, eine Größenverbesserung gegenüber den gemeldeten Ergebnissen. Der experimentelle Aufbau ist in Abbildung 1 dargestellt. Basierend auf der ESASE-Methode wird der Photokathoden-Emitter moduliert, um einen Elektronenstrahl mit einem hohen Stromspitzen zu erhalten, und wird verwendet, um Attosekunden-Röntgenimpulse zu erzeugen. Der anfängliche Impuls befindet sich an der Vorderkante des Spike des Elektronenstrahls, wie in der oberen linken Ecke von Abbildung 1 gezeigt. Wenn das XFEL die Sättigung erreicht, wird der Elektronenstrahl relativ zum Röntgenstrahl durch einen magnetischen Kompressor verzögert, und dann wechselt der Impuls mit dem Elektronenstrahl (frischem Sice), der nicht durch die ESASE-Modulation oder Feel-Lase modifiziert wird. Schließlich wird ein zweiter magnetischer Undulator verwendet, um die Röntgenstrahlen durch die Wechselwirkung von Attosekundenimpulsen mit der frischen Scheibe weiter zu verstärken.
FEIGE. 1 experimentelles Gerätediagramm; Die Abbildung zeigt den longitudinalen Phasenraum (Zeit-Energie-Diagramm des Elektrons, Grün), das Stromprofil (blau) und die durch Amplifikation erster Ordnung erzeugte Strahlung (lila). XTCAV, x-Band-Querhöhle; CVMI, Koaxiales Rapid Mapping -Bildgebungssystem; FZP, Fresnel -Bandplattenspektrometer
Alle Attosekundenimpulse werden aus Rauschen gebaut, sodass jeder Impuls unterschiedliche Spektral- und Zeit-Domänen-Eigenschaften aufweist, die die Forscher genauer untersuchten. In Bezug auf Spektren verwendeten sie ein Fresnel -Bandplattenspektrometer, um die Spektren einzelner Impulse an verschiedenen äquivalenten undulatorischen Längen zu messen, und fanden heraus, dass diese Spektren auch nach einer sekundären Amplifikation glatte Wellenformen beibehalten haben, was darauf hinweist, dass die Impulse unimodal blieben. Im Zeitbereich wird der Winkelrand gemessen und die Zeitdomänenwellenform des Impulses charakterisiert. Wie in Abbildung 1 gezeigt, wird der Röntgenimpuls mit dem kreisförmigen polarisierten Infrarotlaserpuls überlappt. Die durch den Röntgenimpuls ionisierten Photoelektronen erzeugen Streifen in der Richtung gegenüber dem Vektorpotential des Infrarotlasers. Da sich das elektrische Feld des Lasers mit der Zeit dreht, wird die Impulsverteilung des Photoelektrons durch die Zeit der Elektronenemission bestimmt, und die Beziehung zwischen dem Winkelmodus der Emissionszeit und der Impulsverteilung des Photoelektrons wird festgelegt. Die Verteilung des Photoelektronenimpulses wird unter Verwendung eines koaxialen Schnellkartierungs -Bildgebungsspektrometers gemessen. Basierend auf den Verteilungs- und spektralen Ergebnissen kann die Zeitdomänenwellenform von Attosekundenimpulsen rekonstruiert werden. Abbildung 2 (a) zeigt die Verteilung der Impulsdauer mit einem Median von 440 AS. Schließlich wurde der Gasüberwachungsdetektor verwendet, um die Impulsenergie zu messen, und der Streudiagramm zwischen der Peakimpulsleistung und der Impulsdauer, wie in Abbildung 2 (b) gezeigt, berechnet. Die drei Konfigurationen entsprechen unterschiedlichen Elektronenstrahlfokussierungsbedingungen, Waver -Konditionsbedingungen und Magnetkompressor -Verzögerungsbedingungen. Die drei Konfigurationen ergaben durchschnittliche Impulsenergien von 150, 200 bzw. 260 µJ mit einer maximalen Spitzenleistung von 1,1 m.
Abbildung 2. (A) Verteilungshistogramm der Pulsdauer mit halber Höhe (FWHM); (b) Streudiagramm, der der Spitzenleistung und der Impulsdauer entspricht
Darüber hinaus beobachtete die Studie zum ersten Mal das Phänomen der Soliton-ähnlichen Superemission im Röntgenband, das während der Verstärkung als kontinuierliche Pulsverkürzung erscheint. Es wird durch eine starke Wechselwirkung zwischen Elektronen und Strahlung verursacht, wobei die Energie vom Elektron schnell auf den Kopf des Röntgenimpulses und zurück zum Elektron vom Schwanz des Impulses übertragen wird. Durch eingehende Untersuchung dieses Phänomens wird erwartet, dass Röntgenimpulse mit kürzerer Dauer und höherer Spitzenleistung weiter realisiert werden können, indem der Überradiennamplifikationsprozess erweitert und die Impuls-Verkürzung im Soliton-ähnlichen Modus verwendet wird.
Postzeit: Mai 27-2024