TW-klas Attosekonde X-straal polslaser

TW-klas Attosekonde X-straal polslaser
Attosekonde X-straalPolslaserMet 'n hoë krag en kort polsduur is die sleutel die sleutel om ultra-vinnige nie-lineêre spektroskopie en X-straaldiffraksiebeelding te bewerkstellig. Die navorsingspan in die Verenigde State het 'n kaskade van tweestap gebruikX-straalvrye elektronlasersOm diskrete attosekonde pulse uit te voer. In vergelyking met bestaande verslae, word die gemiddelde piekvermoë van die pulse met 'n orde van grootte verhoog, die maksimum piekvermoë is 1,1 TW, en die mediaan -energie is meer as 100 μJ. Die studie lewer ook sterk bewyse vir solitonagtige superradingsgedrag in die X-straalveld.Hoë-energie lasershet baie nuwe navorsingsareas gedryf, waaronder hoëveldfisika, attosekonde spektroskopie en laserdeeltjiesversnellers. Onder alle soorte lasers word x-strale wyd gebruik in mediese diagnose, opsporing van industriële fout, veiligheidsinspeksie en wetenskaplike navorsing. Die X-straalvrye elektron-laser (XFEL) kan die piek X-straalvermoë verhoog met verskillende groottes in vergelyking met ander X-straalopwekkingstegnologieë, en sodoende die toepassing van X-strale uitgebrei na die veld van nie-lineêre spektroskopie en enkel-deeltjie-diffraksie-beeldvorming waar hoë krag nodig is. Die onlangse suksesvolle attosekonde XFEL is 'n belangrike prestasie in attosekonde wetenskap en -tegnologie, wat die beskikbare piekmag met meer as ses grootte-ordes verhoog in vergelyking met die X-straalbronne.

Gratis elektronlasersKan polsenergieë verkry baie ordes van groter as die spontane emissievlak met behulp van kollektiewe onstabiliteit, wat veroorsaak word deur die deurlopende interaksie van die stralingsveld in die relativistiese elektronstraal en die magnetiese ossillator. In die harde x-straalbereik (ongeveer 0,01 nm tot 0,1 nm golflengte) word FEL bereik deur bundelkompressie en na-versadigde konringtegnieke. In die sagte x-straalreeks (ongeveer 0,1 nm tot 10 nm golflengte) word FEL geïmplementeer deur Cascade Fresh-Slice Technology. Onlangs is berig dat attosekonde pulse met 'n piekvermoë van 100 GW gegenereer word met behulp van die verbeterde selfverboude spontane emissie (ESASE) -metode.

Die navorsingspan het 'n tweestap-versterkingstelsel gebruik wat gebaseer is op XFEL om die sagte X-straal-attosekond-polsuitset van die Linac-samehang te versterkligbronOp die TW -vlak is 'n orde van grootte verbetering teenoor gerapporteerde resultate. Die eksperimentele opstelling word in Figuur 1 getoon. Op grond van die ESASE-metode word die fotokatode-emittor gemoduleer om 'n elektronstraal met 'n hoë stroompiek te verkry, en word gebruik om attosekonde X-straalpulse te genereer. Die aanvanklike polsslag is aan die voorrand van die styging van die elektronstraal geleë, soos getoon in die boonste linkerhoek van Figuur 1. As die XFEL versadiging bereik, word die elektronstraal vertraag relatief tot die X-straal deur 'n magnetiese kompressor, en dan is die polsslag in wisselwerking met die elektronstraal (vars skyf) wat nie deur die ESase-modulasie of Fel-laser verander word nie. Laastens word 'n tweede magnetiese golwerheid gebruik om die X-strale verder te versterk deur die interaksie van attosekonde pulse met die vars sny.

Fig. 1 eksperimentele apparaatdiagram; Die illustrasie toon die longitudinale fase-ruimte (tyd-energie-diagram van die elektron, groen), die huidige profiel (blou) en die bestraling wat geproduseer word deur eerste-orde versterking (pers). XTCAV, X-band dwarsholte; CVMI, koaksiale vinnige karteringbeeldingstelsel; FZP, Fresnel -bandplaatspektrometer

Alle attosekonde pulse is gebou uit geraas, dus elke pols het verskillende spektrale en tyd-domein-eienskappe, wat die navorsers in meer besonderhede ondersoek het. Wat die spektra betref, het hulle 'n fresnelbandplaatspektrometer gebruik om die spektra van individuele pulse op verskillende ekwivalente golwingslengtes te meet, en gevind dat hierdie spektra gladde golfvorms behou het, selfs na sekondêre versterking, wat daarop dui dat die pulse unimodaal gebly het. In die tydsdomein word die hoekvrug gemeet en die tydsdomeingolfvorm van die polsslag word gekenmerk. Soos getoon in Figuur 1, word die X-straalpuls oorvleuel met die sirkelvormig gepolariseerde infrarooi laserpuls. Die foto-elektrone wat deur die X-straalpuls geïoniseerd is, sal strepe produseer in die rigting teenoor die vektorpotensiaal van die infrarooi laser. Aangesien die elektriese veld van die laser mettertyd draai, word die momentumverspreiding van die foto -elektron bepaal deur die tyd van elektronemissie, en die verband tussen die hoekmodus van die emissie tyd en die momentumverspreiding van die foto -elektron word vasgestel. Die verspreiding van foto -elektronmomentum word gemeet met behulp van 'n koaksiale vinnige kartering -beeldspektrometer. Op grond van die verspreidings- en spektrale resultate, kan die tyd-domein golfvorm van attosekonde pulse gerekonstrueer word. Figuur 2 (a) toon die verspreiding van polsduur, met 'n mediaan van 440 AS. Laastens is die gasmoniteringsdetektor gebruik om die polsenergie te meet, en die verspreidingsplot tussen die piekpulsvermoë en die polsduur soos getoon in Figuur 2 (b) is bereken. Die drie konfigurasies stem ooreen met verskillende elektronstraalfokusvoorwaardes, waver -konringtoestande en magnetiese kompressorvertragingstoestande. Die drie konfigurasies het gemiddelde polsenergieë van onderskeidelik 150, 200 en 260 µJ opgelewer met 'n maksimum piekvermoë van 1,1 TW.

Figuur 2. (A) Verspreidingshistogram van halfhoogte volle breedte (FWHM) polsduur; (b) Verspreide plot wat ooreenstem met die piekvermoë en polsduur

Daarbenewens het die studie ook vir die eerste keer die verskynsel van Soliton-agtige superemissie in die X-straalband waargeneem, wat voorkom as 'n deurlopende polsverkorting tydens versterking. Dit word veroorsaak deur 'n sterk interaksie tussen elektrone en bestraling, met energie wat vinnig van die elektron na die kop van die X-straalpuls oorgedra word en terug na die elektron vanaf die stert van die polsslag. Deur 'n diepgaande studie van hierdie verskynsel, word verwag dat x-straalpulse met 'n korter duur en 'n hoër piekvermoë verder kan realiseer deur die superradiasieversterkingsproses uit te brei en voordeel te trek uit polsverkorting in solitonagtige modus.