TW class attosecond X-ray pulse laser

TW class attosecond X-ray pulse laser
X-ray ວິນາທີເລເຊີກຳມະຈອນດ້ວຍພະລັງງານສູງ ແລະໄລຍະເວລາຂອງກຳມະຈອນສັ້ນແມ່ນກຸນແຈເພື່ອບັນລຸການຖ່າຍພາບແບບບໍ່ເປັນເສັ້ນແບບ ultrafast ແລະການຖ່າຍພາບ X-ray diffraction. ທີມງານຄົ້ນຄ້ວາໃນສະຫະລັດໄດ້ໃຊ້ cascade ຂອງສອງຂັ້ນຕອນX-ray lasers ເອເລັກໂຕຣນິກຟຣີເພື່ອສົ່ງຜົນກຳມະຈອນທີ່ຕັດຕໍ່ວິນາທີ. ເມື່ອປຽບທຽບກັບບົດລາຍງານທີ່ມີຢູ່ແລ້ວ, ພະລັງງານສູງສຸດສະເລ່ຍຂອງກໍາມະຈອນແມ່ນເພີ່ມຂຶ້ນໂດຍຄໍາສັ່ງຂອງຂະຫນາດ, ພະລັງງານສູງສຸດສູງສຸດແມ່ນ 1.1 TW, ແລະພະລັງງານສະເລ່ຍແມ່ນຫຼາຍກ່ວາ 100 μJ. ການສຶກສາຍັງໃຫ້ຫຼັກຖານທີ່ເຂັ້ມແຂງສໍາລັບພຶດຕິກໍາ superradiation ຄ້າຍຄື soliton ໃນພາກສະຫນາມ X-ray.lasers ພະລັງງານສູງໄດ້ຂັບເຄື່ອນຂົງເຂດການຄົ້ນຄວ້າໃຫມ່ຈໍານວນຫຼາຍ, ລວມທັງຟີຊິກພາກສະຫນາມສູງ, spectroscopy attosecond, ແລະເຄື່ອງເລັ່ງອະນຸພາກເລເຊີ. ໃນບັນດາ lasers ທຸກປະເພດ, X-rays ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນການວິນິດໄສທາງການແພດ, ການກວດສອບຂໍ້ບົກພ່ອງຂອງອຸດສາຫະກໍາ, ການກວດສອບຄວາມປອດໄພແລະການຄົ້ນຄວ້າວິທະຍາສາດ. ເລເຊີ X-ray ຟຣີເອເລັກໂຕຣນິກ (XFEL) ສາມາດເພີ່ມພະລັງງານ X-ray ສູງສຸດໂດຍການສັ່ງຫຼາຍຂະຫນາດເມື່ອທຽບກັບເຕັກໂນໂລຊີການຜະລິດ X-ray ອື່ນໆ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງຂະຫຍາຍການນໍາໃຊ້ຂອງ X-rays ກັບພາກສະຫນາມຂອງ nonlinear spectroscopy ແລະດຽວ. ການ​ຖ່າຍ​ຮູບ​ການ​ແຍກ​ຕ່າງ​ຫາກ​ຂອງ​ພາກ​ສ່ວນ​ທີ່​ຕ້ອງ​ການ​ພະ​ລັງ​ງານ​ສູງ​. XFEL ວິນາທີທີ່ປະສົບຜົນ ສຳ ເລັດທີ່ຜ່ານມາແມ່ນເປັນຜົນສຳເລັດອັນໃຫຍ່ຫຼວງໃນວິທະຍາສາດ ແລະ ເທັກໂນໂລຍີ attosecond, ເພີ່ມພະລັງງານສູງສຸດທີ່ມີຢູ່ຫຼາຍກວ່າຫົກລຳດັບຂອງຂະໜາດທຽບກັບແຫຼ່ງ X-ray benchtop.

ເລເຊີເອເລັກໂຕຣນິກຟຣີສາມາດໄດ້ຮັບພະລັງງານກໍາມະຈອນຫຼາຍຄໍາສັ່ງຂອງຂະຫນາດທີ່ສູງກວ່າລະດັບການປ່ອຍອາຍພິດ spontaneous ການນໍາໃຊ້ instability ການລວບລວມ, ເຊິ່ງເກີດມາຈາກການໂຕ້ຕອບຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງຂອງພາກສະຫນາມ radiation ໃນ beam ເອເລັກໂຕຣນິກ relativistic ແລະ oscillator ແມ່ເຫຼັກ. ໃນໄລຍະການ X-ray ແຂງ (ປະມານ 0.01 nm ຫາ 0.1 nm wavelength), FEL ແມ່ນບັນລຸໄດ້ໂດຍການບີບອັດມັດແລະເຕັກນິກ coning ຫລັງການອີ່ມຕົວ. ໃນລະດັບຄວາມອ່ອນຂອງ X-ray (ປະມານ 0.1 nm ຫາ 10 nm wavelength), FEL ຖືກປະຕິບັດໂດຍເຕັກໂນໂລຊີ cascade fresh-slice. ບໍ່ດົນມານີ້, ກໍາມະຈອນໃນວິນາທີທີ່ມີພະລັງງານສູງສຸດຂອງ 100 GW ໄດ້ຖືກລາຍງານວ່າຖືກຜະລິດໂດຍໃຊ້ວິທີການປ່ອຍອາຍພິດ spontaneous (ESASE).

ທີມງານຄົ້ນຄ້ວາໄດ້ນໍາໃຊ້ລະບົບການຂະຫຍາຍສອງຂັ້ນຕອນໂດຍອີງໃສ່ XFEL ເພື່ອຂະຫຍາຍຜົນຂອງກໍາມະຈອນຂອງ X-ray attosecond ອ່ອນໆຈາກ linac coherent.ແຫຼ່ງແສງໃນລະດັບ TW, ຄໍາສັ່ງຂອງການປັບປຸງຂະຫນາດຫຼາຍກວ່າຜົນໄດ້ຮັບທີ່ລາຍງານ. ການຕິດຕັ້ງທົດລອງແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 1. ອີງຕາມວິທີການ ESASE, photocathode emitter ໄດ້ຖືກ modulated ເພື່ອໃຫ້ໄດ້ລໍາແສງເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ມີຮວງຂຶ້ນໃນປະຈຸບັນສູງ, ແລະຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອສ້າງ pulses X-ray ວິນາທີ. ກໍາມະຈອນເບື້ອງຕົ້ນແມ່ນຕັ້ງຢູ່ຂອບດ້ານຫນ້າຂອງຮວງຕັ້ງແຈບຂອງ beam ເອເລັກໂຕຣນິກ, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນແຈເບື້ອງຊ້າຍດ້ານເທິງຂອງຮູບ 1. ໃນເວລາທີ່ XFEL ບັນລຸການອີ່ມຕົວ, beam ເອເລັກໂຕຣນິກແມ່ນຊັກຊ້າເມື່ອທຽບກັບ X-ray ໂດຍ compressor ແມ່ເຫຼັກ, ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນກໍາມະຈອນປະຕິສໍາພັນກັບ beam ເອເລັກໂຕຣນິກ (ຕ່ອນສົດ) ທີ່ບໍ່ໄດ້ຖືກດັດແກ້ໂດຍ ESASE modulation ຫຼື FEL laser. ສຸດທ້າຍ, ເຄື່ອງຕັດແມ່ເຫຼັກທີສອງແມ່ນໃຊ້ເພື່ອຂະຫຍາຍແສງ X-rays ຕື່ມອີກໂດຍຜ່ານປະຕິສໍາພັນຂອງກໍາມະຈອນເຕັ້ນວິນາທີກັບຕ່ອນສົດ.

ຮູບ. 1 ແຜນວາດອຸປະກອນທົດລອງ; ຮູບແຕ້ມສະແດງໃຫ້ເຫັນຊ່ອງໄລຍະຕາມລວງຍາວ (ແຜນວາດເວລາພະລັງງານຂອງເອເລັກໂຕຣນິກ, ສີຂຽວ), ໂປຣໄຟລ໌ປັດຈຸບັນ (ສີຟ້າ), ແລະລັງສີທີ່ຜະລິດໂດຍການຂະຫຍາຍຄໍາສັ່ງທໍາອິດ (ສີມ່ວງ). XTCAV, X-band transverse cavity; cVMI, coaxial ແຜນທີ່ໄວລະບົບຮູບພາບ; FZP, Fresnel band plate spectrometer

pulses attosecond ທັງຫມົດແມ່ນສ້າງຂຶ້ນຈາກສິ່ງລົບກວນ, ດັ່ງນັ້ນແຕ່ລະກໍາມະຈອນມີຄຸນສົມບັດ spectral ແລະ time-domain ທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, ເຊິ່ງນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ສໍາຫຼວດລາຍລະອຽດເພີ່ມເຕີມ. ໃນແງ່ຂອງ spectra, ພວກເຂົາເຈົ້າໄດ້ນໍາໃຊ້ spectrometer ແຖບແຖບ Fresnel ເພື່ອວັດແທກ spectra ຂອງກໍາມະຈອນເຕັ້ນແຕ່ລະຄົນໃນຄວາມຍາວ undulator ທຽບເທົ່າທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, ແລະພົບວ່າ spectra ເຫຼົ່ານີ້ຮັກສາຮູບແບບຄື້ນກ້ຽງເຖິງແມ່ນວ່າຫຼັງຈາກການຂະຫຍາຍຂັ້ນສອງ, ຊີ້ໃຫ້ເຫັນວ່າກໍາມະຈອນເຕັ້ນ unimodal. ໃນໂດເມນເວລາ, ຂອບເປັນລ່ຽມຖືກວັດແທກແລະຮູບແບບຄື້ນເວລາຂອງກໍາມະຈອນແມ່ນມີລັກສະນະ. ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 1, ກຳມະຈອນ X-ray ແມ່ນທັບຊ້ອນກັນກັບກຳມະຈອນເລເຊີອິນຟາເຣດຂົ້ວໂລກ. photoelectrons ionized ໂດຍກໍາມະຈອນ X-ray ຈະຜະລິດ streaks ໃນທິດທາງກົງກັນຂ້າມກັບທ່າແຮງ vector ຂອງ laser infrared ໄດ້. ເນື່ອງຈາກວ່າພາກສະຫນາມໄຟຟ້າຂອງເລເຊີ rotates ກັບເວລາ, ການແຜ່ກະຈາຍ momentum ຂອງ photoelectron ໄດ້ຖືກກໍານົດໂດຍທີ່ໃຊ້ເວລາຂອງການປ່ອຍອາຍພິດເອເລັກໂຕຣນິກ, ແລະຄວາມສໍາພັນລະຫວ່າງຮູບແບບມຸມສາກຂອງທີ່ໃຊ້ເວລາການປ່ອຍອາຍພິດແລະການແຜ່ກະຈາຍ momentum ຂອງ photoelectron ໄດ້ສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນ. ການແຜ່ກະຈາຍຂອງ photoelectron momentum ແມ່ນວັດແທກໂດຍໃຊ້ coaxial fast mapping spectrometer. ໂດຍອີງໃສ່ຜົນການແຈກຢາຍ ແລະ spectral, ຮູບແບບຄື້ນເວລາຂອງ attosecond pulses ສາມາດສ້າງຄືນໃຫມ່ໄດ້. ຮູບທີ 2 (a) ສະແດງໃຫ້ເຫັນການແຈກຢາຍໄລຍະເວລາຂອງກໍາມະຈອນ, ໂດຍມີຄ່າສະເລ່ຍຂອງ 440 as. ສຸດທ້າຍ, ເຄື່ອງກວດຈັບອາຍແກັສໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອວັດແທກພະລັງງານກໍາມະຈອນ, ແລະແຜນການກະແຈກກະຈາຍລະຫວ່າງພະລັງງານກໍາມະຈອນສູງສຸດແລະໄລຍະເວລາກໍາມະຈອນຕາມສະແດງໃນຮູບ 2 (b) ໄດ້ຖືກຄິດໄລ່. ສາມການຕັ້ງຄ່າກົງກັນກັບເງື່ອນໄຂການສຸມໃສ່ການ beam ເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, ເງື່ອນໄຂການສັ່ນສະເທືອນ coning ແລະເງື່ອນໄຂການຊັກຊ້າຂອງເຄື່ອງອັດແມ່ເຫຼັກ. ການຕັ້ງຄ່າສາມຢ່າງໃຫ້ພະລັງງານກໍາມະຈອນໂດຍສະເລ່ຍຂອງ 150, 200, ແລະ 260 µJ, ຕາມລໍາດັບ, ມີພະລັງງານສູງສຸດສູງສຸດຂອງ 1.1 TW.

ຮູບທີ 2. (a) ການແຜ່ກະຈາຍ histogram ຂອງ half-height ຄວາມກວ້າງເຕັມ (FWHM) ໄລຍະເວລາກໍາມະຈອນ; (b) ກະແຈກກະຈາຍຂອງດິນຕອນທີ່ສອດຄ້ອງກັບພະລັງງານສູງສຸດແລະໄລຍະເວລາຂອງກໍາມະຈອນ

ນອກຈາກນັ້ນ, ການສຶກສາຍັງໄດ້ສັງເກດເຫັນເປັນຄັ້ງທໍາອິດປະກົດການຂອງ superemission ຄ້າຍຄື soliton ໃນແຖບ X-ray, ເຊິ່ງປະກົດວ່າເປັນກໍາມະຈອນສັ້ນຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງໃນລະຫວ່າງການຂະຫຍາຍ. ມັນເກີດມາຈາກປະຕິສໍາພັນທີ່ເຂັ້ມແຂງລະຫວ່າງເອເລັກໂຕຣນິກແລະລັງສີ, ພະລັງງານໄດ້ຖືກໂອນຢ່າງໄວວາຈາກເອເລັກໂຕຣນິກໄປຫາຫົວຂອງກໍາມະຈອນ X-ray ແລະກັບຄືນໄປບ່ອນເອເລັກໂຕຣນິກຈາກຫາງຂອງກໍາມະຈອນ. ໂດຍຜ່ານການສຶກສາໃນຄວາມເລິກຂອງປະກົດການນີ້, ຄາດວ່າກໍາມະຈອນ X-ray ທີ່ມີໄລຍະເວລາສັ້ນກວ່າແລະພະລັງງານສູງສຸດທີ່ສູງຂຶ້ນສາມາດຮັບຮູ້ໄດ້ຕື່ມອີກໂດຍການຂະຫຍາຍຂະບວນການຂະຫຍາຍ superradiation ແລະໃຊ້ປະໂຍດຈາກກໍາມະຈອນສັ້ນໃນໂຫມດ soliton.


ເວລາປະກາດ: 27-05-2024