TW Klass Attosekonn Röntgenpulslaser

TW Klass Attosekonn Röntgenpulslaser
Attosecond RöntgenPulsatiounsperiod Lasermat héijer Kraaft a kuerzer Pulsdauer sinn de Schlëssel fir ultraschnell netlinear Spektroskopie an Röntgendiffraktiounsbildung z'erreechen. D'Fuerschungsteam an den USA huet eng Kaskade vun zwee-Etapp benotztRöntgenfräi Elektronenlaserfir diskret Attosekonnimpulsen auszeginn. Am Verglach mat existéierende Berichter gëtt déi duerchschnëttlech Peakkraaft vun de Puls mat enger Uerdnung vun der Magnitude erhéicht, déi maximal Peakkraaft ass 1,1 TW, an d'Medianenergie ass méi wéi 100 μJ. D'Studie liwwert och staark Beweiser fir solitonähnlech Iwwerstralungsverhalen am Röntgenfeld.Héich-Energie Laserhu vill nei Fuerschungsberäicher gedriwwen, dorënner Héichfeldphysik, Attosekonnspektroskopie a Laserpartikelbeschleuniger. Ënnert all Zorte vu Laser gi Röntgenstrahlen wäit an der medizinescher Diagnostik, der industrieller Fehlerkennung, der Sécherheetsinspektioun a wëssenschaftlecher Fuerschung benotzt. Den Röntgen-Fräi-Elektronen-Laser (XFEL) kann d'Spëtzekraaft vun der Röntgenstrahlung ëm e puer Uerderen vun der Gréisst vergréisseren am Verglach mat aner Röntgengeneratiounstechnologien, sou datt d'Applikatioun vun Röntgenstrahlen op d'Feld vun der netlinearer Spektroskopie an der Eenzel- Partikeldiffraktiounsbildung wou héich Kraaft erfuerderlech ass. Déi rezent erfollegräich Attosecond XFEL ass eng grouss Erreeche an der Attosecond Wëssenschaft an Technologie, erhéicht déi verfügbar Peakkraaft ëm méi wéi sechs Uerderen am Verglach mat Benchtop Röntgenquellen.

Gratis Elektronenlaserkann Pulsenergie vill Uerden vun Gréisst méi héich wéi de spontanen Emissioun Niveau kréien mat kollektiver Onstabilitéit, déi duerch déi kontinuéierlech Interaktioun vum Stralungsfeld am relativisteschen Elektronenstrahl an dem magnetesche Oszillator verursaacht gëtt. Am haarde Röntgenberäich (ongeféier 0,01 nm bis 0,1 nm Wellelängt) gëtt FEL duerch Bündelkompressioun a Post-Sättigung Kegeltechniken erreecht. Am mëllen Röntgenberäich (ongeféier 0,1 nm bis 10 nm Wellelängt) gëtt FEL duerch Kaskade Frësch Slice Technologie ëmgesat. Viru kuerzem sinn Attosekonnimpulser mat enger Peakkraaft vun 100 GW gemellt gi mat der verstäerkter selbstverstäerkter spontaner Emissioun (ESASE) Method generéiert ginn.

D'Fuerschungsteam huet en zweestufegen Verstäerkungssystem baséiert op XFEL benotzt fir de mëllen Röntgenattosekonnpulsausgang aus der Linac kohärent ze verstäerkenLiichtquellop den TW Niveau, eng Uerdnung vun der Gréisst Verbesserung iwwer gemellt Resultater. D'experimentell Opstellung ass an der Figur 1. Baséierend op der ESASE Method gëtt de Photocathode Emitter moduléiert fir en Elektronenstrahl mat engem héije Stroum Spike ze kréien, a gëtt benotzt fir Attosekonn Röntgenimpulsen ze generéieren. Den initialen Puls läit um viischte Rand vun der Spike vum Elektronenstrahl, wéi an der ieweschter lénkser Ecke vun der Figur 1. Wann den XFEL Sättigung erreecht, gëtt den Elektronenstrahl relativ zum Röntgenstrahl duerch e magnetesche Kompressor verspéit, an dann interagéiert de Puls mam Elektronenstrahl (frësch Slice) deen net vun der ESASE Modulatioun oder FEL Laser geännert gëtt. Schlussendlech gëtt en zweete magnetesche Undulator benotzt fir d'Röntgenstrahlen weider ze verstäerken duerch d'Interaktioun vun Attosekonnimpulsen mat der frëscher Slice.

FIG. 1 Experimentell Apparat Diagramm; D'Illustratioun weist de Längsphaseraum (Zäit-Energie-Diagramm vum Elektron, gréng), den aktuellen Profil (blo) an d'Stralung, déi duerch Éischt-Uerdnungsverstärkung (violett) produzéiert gëtt. XTCAV, X-Band transversal Kavitéit; cVMI, koaxial Rapid Mapping Imaging System; FZP, Fresnel Band Plackespektrometer

All Attosecond-Impulse ginn aus Kaméidi gebaut, sou datt all Puls verschidde Spektral- an Zäitdomäneigenschaften huet, déi d'Fuerscher méi detailléiert exploréiert hunn. Wat d'Spektra ugeet, hu se e Fresnel Bandplackespektrometer benotzt fir d'Spektre vun eenzelne Pulser bei verschiddenen gläichwäertege Undulatorlängen ze moossen, a fonnt datt dës Spektre glat Welleformen och no der sekundärer Verstäerkung behalen, wat beweist datt d'Impulsen unimodal bleiwen. Am Zäitdomän gëtt de Wénkelrand gemooss an d'Zäitdomänwelleform vum Puls ass charakteriséiert. Wéi an der Figur 1 gewisen, gëtt den Röntgenimpuls mam kreesfërmeg polariséierten Infrarout Laserpuls iwwerlappt. D'Photoelektronen, déi vum Röntgenimpuls ioniséiert ginn, produzéieren Sträifen an der Géigend vis-à-vis vum Vektorpotenzial vum Infrarout-Laser. Well dat elektrescht Feld vum Laser mat der Zäit rotéiert, gëtt d'Dynamikverdeelung vum Photoelektron duerch d'Zäit vun der Elektronemissioun bestëmmt, an d'Relatioun tëscht dem Wénkelmodus vun der Emissiounszäit an der Dynamikverdeelung vum Photoelektron gëtt festgeluecht. D'Verdeelung vum Photoelektronimpuls gëtt mat engem koaxialen schnelle Mapping Imaging Spektrometer gemooss. Baséierend op d'Verdeelung an d'Spektralresultater kann d'Zäit-Domain-Welleform vun Attosekonne-Impulsen rekonstruéiert ginn. Figur 2 (a) weist d'Verdeelung vun Pulsatiounsperiod Dauer, mat engem Steiren vun 440 als. Schlussendlech gouf de Gas Iwwerwaachungsdetektor benotzt fir d'Pulsenergie ze moossen, an d'Streuungsplot tëscht der Peakpulskraaft an der Pulsdauer wéi an der Figur 2 (b) gewisen gouf berechent. Déi dräi Konfiguratiounen entspriechen verschidden Elektronenstrahlfokusséierungsbedéngungen, Waverconingbedéngungen a magnetesche Kompressor Verzögerungsbedéngungen. Déi dräi Konfiguratiounen hunn duerchschnëttlech Pulsenergie vun 150, 200 an 260 µJ respektiv mat enger maximaler Peakkraaft vun 1.1 TW geliwwert.

Figur 2. (eng) Verdeelung histogram vun Halschent Héicht Full Breet (FWHM) Pulsatiounsperiod; (b) Scatterplot entsprécht der Peakkraaft an der Pulsdauer

Zousätzlech huet d'Etude och fir d'éischte Kéier de Phänomen vun der solitonähnlecher Superemissioun an der Röntgenband observéiert, déi sech als kontinuéierlech Pulsverkierzung während der Verstärkung erscheint. Et gëtt verursaacht duerch eng staark Interaktioun tëscht Elektronen a Stralung, mat Energie séier vum Elektron op de Kapp vum Röntgenimpuls an zréck an den Elektron vum Schwanz vum Puls. Duerch déifgräifend Studie vun dësem Phänomen gëtt erwaart datt Röntgenimpulser mat méi kuerzer Dauer a méi héijer Spëtzkraaft weider realiséiert kënne ginn andeems de Superstrahlungsverstärkungsprozess verlängert gëtt a vun der Pulsverkierzung am solitonähnleche Modus profitéiert.