TW वर्ग एटोसेकेन्ड एक्स-रे पल्स लेजर

TW वर्ग एटोसेकेन्ड एक्स-रे पल्स लेजर
एटोसेकेन्ड एक्स-रेपल्स लेजरउच्च शक्ति र छोटो पल्स अवधिको साथ अल्ट्राफास्ट ननलाइनर स्पेक्ट्रोस्कोपी र एक्स-रे विवर्तन इमेजिङ प्राप्त गर्न कुञ्जी हो। संयुक्त राज्यमा अनुसन्धान टोलीले दुई-चरणको क्यास्केड प्रयोग गर्योएक्स-रे फ्री इलेक्ट्रोन लेजरहरूअलग एटोसेकेन्ड दालहरू आउटपुट गर्न। अवस्थित रिपोर्टहरूसँग तुलना गर्दा, दालहरूको औसत शिखर शक्ति परिमाणको अर्डरले बढेको छ, अधिकतम शिखर शक्ति 1.1 TW हो, र मध्य ऊर्जा 100 μJ भन्दा बढी छ। अध्ययनले एक्स-रे क्षेत्रमा सोलिटन जस्तो सुपर रेडिएसन व्यवहारको लागि बलियो प्रमाण प्रदान गर्दछ।उच्च ऊर्जा लेजरहरूउच्च-क्षेत्र भौतिकी, एटोसेकेन्ड स्पेक्ट्रोस्कोपी, र लेजर कण एक्सेलेरेटरहरू सहित अनुसन्धानका धेरै नयाँ क्षेत्रहरू चलाएको छ। सबै प्रकारका लेजरहरू मध्ये, एक्स-रेहरू व्यापक रूपमा चिकित्सा निदान, औद्योगिक त्रुटि पत्ता लगाउन, सुरक्षा निरीक्षण र वैज्ञानिक अनुसन्धानमा प्रयोग गरिन्छ। एक्स-रे फ्री-इलेक्ट्रोन लेजर (XFEL) ले अन्य एक्स-रे जेनरेशन टेक्नोलोजीहरूको तुलनामा म्याग्निच्युडको धेरै अर्डरहरूद्वारा शिखर एक्स-रे शक्ति बढाउन सक्छ, यसरी एक्स-रेहरूको प्रयोगलाई ननलाइनर स्पेक्ट्रोस्कोपी र एकल-रेखाको क्षेत्रमा विस्तार गर्न सक्छ। कण विवर्तन इमेजिङ जहाँ उच्च शक्ति आवश्यक छ। भर्खरको सफल एटोसेकेन्ड XFEL एटोसेकेन्ड विज्ञान र प्रविधिमा एक प्रमुख उपलब्धि हो, बेन्चटप एक्स-रे स्रोतहरूको तुलनामा छ अर्डरको म्याग्निच्युडले उपलब्ध शिखर शक्ति बढाउँदै।

नि: शुल्क इलेक्ट्रोन लेजरहरूसापेक्षिक इलेक्ट्रोन बीम र चुम्बकीय ओसिलेटरमा विकिरण क्षेत्रको निरन्तर अन्तरक्रियाको कारणले गर्दा सामूहिक अस्थिरता प्रयोग गरेर सहज उत्सर्जन स्तर भन्दा धेरै परिमाणका धेरै आदेशहरू पल्स ऊर्जा प्राप्त गर्न सकिन्छ। कडा एक्स-रे दायरा (लगभग ०.०१ एनएम देखि ०.१ एनएम तरंगदैर्ध्य) मा, एफईएल बन्डल कम्प्रेसन र पोस्ट-स्याचुरेसन कन्निङ प्रविधिहरूद्वारा प्राप्त गरिन्छ। नरम एक्स-रे दायरामा (लगभग ०.१ एनएम देखि १० एनएम तरंगदैर्ध्य), एफईएल क्यास्केड फ्रेश-स्लाइस टेक्नोलोजीद्वारा लागू गरिएको छ। भर्खरै, 100 GW को शिखर पावर भएको एटोसेकेन्ड पल्सहरू एन्हान्स्ड सेल्फ-एम्प्लीफाइड स्पोन्टेनियस इमिसन (ESASE) विधि प्रयोग गरेर उत्पन्न भएको रिपोर्ट गरिएको छ।

अनुसन्धान टोलीले लिनाक कोहेरेन्टबाट नरम एक्स-रे एटोसेकेन्ड पल्स आउटपुटलाई विस्तार गर्न XFEL मा आधारित दुई-चरण प्रवर्धन प्रणाली प्रयोग गर्‍यो।प्रकाश स्रोतTW स्तरमा, रिपोर्ट गरिएका परिणामहरूमा परिमाण सुधारको आदेश। प्रयोगात्मक सेटअप चित्र 1 मा देखाइएको छ। ESASE विधिको आधारमा, फोटोकाथोड एमिटरलाई उच्च वर्तमान स्पाइकको साथ इलेक्ट्रोन बीम प्राप्त गर्न मोड्युलेट गरिएको छ, र एटोसेकेन्ड एक्स-रे पल्सहरू उत्पन्न गर्न प्रयोग गरिन्छ। प्रारम्भिक पल्स इलेक्ट्रोन बीमको स्पाइकको अगाडिको छेउमा अवस्थित हुन्छ, जस्तै चित्र १ को माथिल्लो बायाँ कुनामा देखाइएको छ। जब XFEL संतृप्तिमा पुग्छ, इलेक्ट्रोन बीम चुम्बकीय कम्प्रेसरद्वारा एक्स-रेको सापेक्ष ढिलो हुन्छ, र त्यसपछि पल्सले इलेक्ट्रोन बीम (ताजा स्लाइस) सँग अन्तरक्रिया गर्दछ जुन ESASE मोडुलेशन वा FEL लेजर द्वारा परिमार्जन गरिएको छैन। अन्तमा, ताजा स्लाइससँग एटोसेकेन्ड पल्सको अन्तरक्रिया मार्फत एक्स-रेहरूलाई थप विस्तार गर्न दोस्रो चुम्बकीय अण्ड्युलेटर प्रयोग गरिन्छ।

अंजीर। 1 प्रयोगात्मक उपकरण रेखाचित्र; दृष्टान्तले अनुदैर्ध्य चरण स्पेस (इलेक्ट्रोनको समय-ऊर्जा रेखाचित्र, हरियो), हालको प्रोफाइल (नीलो), र पहिलो-अर्डर प्रवर्धन (बैजनी) द्वारा उत्पादित विकिरण देखाउँछ। XTCAV, X-ब्यान्ड अनुप्रस्थ गुहा; cVMI, समाक्षीय द्रुत म्यापिङ इमेजिङ प्रणाली; FZP, Fresnel ब्यान्ड प्लेट स्पेक्ट्रोमीटर

सबै एटोसेकेन्ड पल्सहरू आवाजबाट बनाइएका छन्, त्यसैले प्रत्येक पल्समा फरक स्पेक्ट्रल र टाइम-डोमेन गुणहरू छन्, जुन अनुसन्धानकर्ताहरूले थप विस्तारमा अन्वेषण गरे। स्पेक्ट्राको सर्तमा, तिनीहरूले फरक बराबर अनडुलेटर लम्बाइमा व्यक्तिगत स्पेक्ट्राको मापन गर्न फ्रेस्नेल ब्यान्ड प्लेट स्पेक्ट्रोमिटर प्रयोग गरे, र फेला पारे कि यी स्पेक्ट्राले माध्यमिक प्रवर्धन पछि पनि चिकनी तरंगहरू कायम राखेका छन्, यसले दालहरू एकसमान रहेको संकेत गर्दछ। समय डोमेन मा, कोणीय फ्रिन्ज मापन गरिन्छ र पल्स को समय डोमेन तरंग विशेषता छ। चित्र १ मा देखाइए अनुसार, एक्स-रे पल्स गोलाकार ध्रुवीकृत इन्फ्रारेड लेजर पल्ससँग ओभरल्याप गरिएको छ। एक्स-रे पल्स द्वारा आयनीकृत फोटोइलेक्ट्रोनहरूले इन्फ्रारेड लेजरको भेक्टर क्षमताको विपरीत दिशामा स्ट्रिक्सहरू उत्पादन गर्नेछ। किनभने लेजरको विद्युतीय क्षेत्र समयसँगै घुम्छ, फोटोइलेक्ट्रोनको गति वितरण इलेक्ट्रोन उत्सर्जनको समयद्वारा निर्धारण गरिन्छ, र उत्सर्जन समयको कोणीय मोड र फोटो इलेक्ट्रोनको गति वितरण बीचको सम्बन्ध स्थापित हुन्छ। फोटोइलेक्ट्रोन मोमेन्टमको वितरण समाक्षीय फास्ट म्यापिङ इमेजिङ स्पेक्ट्रोमिटर प्रयोग गरी मापन गरिन्छ। वितरण र स्पेक्ट्रल परिणामहरूको आधारमा, एटोसेकेन्ड पल्सको समय-डोमेन वेभफॉर्म पुनर्निर्माण गर्न सकिन्छ। चित्र 2 (a) ले पल्स अवधिको वितरण देखाउँछ, जसको मध्य 440 को रूपमा। अन्तमा, ग्यास निगरानी डिटेक्टर पल्स ऊर्जा मापन गर्न प्रयोग गरिएको थियो, र चित्र 2 (b) मा देखाइए अनुसार पीक पल्स पावर र पल्स अवधि बीचको स्क्याटर प्लट गणना गरिएको थियो। तीनवटा कन्फिगरेसनहरू विभिन्न इलेक्ट्रोन बीम फोकस गर्ने अवस्थाहरू, वेभर कोनिङ अवस्थाहरू र चुम्बकीय कम्प्रेसर ढिलाइ अवस्थाहरूसँग मेल खान्छ। तीन कन्फिगरेसनहरूले 1.1 TW को अधिकतम शिखर शक्तिको साथ क्रमशः 150, 200, र 260 µJ को औसत पल्स ऊर्जाहरू प्रदान गर्यो।

चित्र २. (क) आधा-उचाइ पूर्ण चौडाइ (FWHM) पल्स अवधिको वितरण हिस्टोग्राम; (b) पीक पावर र पल्स अवधि अनुरूप स्क्याटर प्लट

थप रूपमा, अध्ययनले एक्स-रे ब्यान्डमा सोलिटन-जस्तो सुपरइमिसनको घटना पनि पहिलो पटक अवलोकन गर्‍यो, जुन एम्प्लीफिकेशनको क्रममा निरन्तर पल्स छोटो हुने रूपमा देखा पर्दछ। यो इलेक्ट्रोन र विकिरण बीचको बलियो अन्तरक्रियाको कारणले गर्दा हुन्छ, ऊर्जा द्रुत रूपमा इलेक्ट्रोनबाट एक्स-रे पल्सको टाउकोमा र पल्सको पुच्छरबाट इलेक्ट्रोनमा फर्किन्छ। यस घटनाको गहिरो अध्ययनको माध्यमबाट, यो अपेक्षा गरिएको छ कि छोटो अवधि र उच्च शिखर शक्तिको साथ एक्स-रे पल्सहरू सुपररेडिएशन एम्प्लिफिकेशन प्रक्रिया विस्तार गरेर र सोलिटन-जस्तो मोडमा पल्स सर्टनिङको फाइदा उठाएर थप महसुस गर्न सकिन्छ।