Рентгеновский лазер AttoSecond Class Tw Class

Рентгеновский лазер AttoSecond Class Tw Class
Аттосекундная рентгенпульс лазерС высокой мощностью и короткой продолжительностью импульса являются ключом для достижения сверхбыстрой нелинейной спектроскопии и рентгеновской дифракционной визуализации. Исследовательская группа в Соединенных Штатах использовала каскад двухэтапногоЭлектронные лазеры без рентгеновских лучейвывести дискретные аттосекундные импульсы. По сравнению с существующими отчетами средняя пиковая мощность импульсов увеличивается на порядок, максимальная пиковая мощность составляет 1,1 TW, а средняя энергия составляет более 100 мкДж. Исследование также предоставляет убедительные доказательства поведения суперрадиации, подобного солитону, в рентгеновском поле.Высокоэнергетические лазерыпобудили много новых областей исследований, включая физику высокого поля, аттосекундную спектроскопию и ускорители лазерных частиц. Среди всех видов лазеров рентген широко используется в медицинской диагностике, обнаружении промышленных недостатков, проверке безопасности и научных исследованиях. Лейзер с свободным электронным электронным электроном (XFEL) может увеличить пиковую мощность рентгеновского излучения на несколько порядков по сравнению с другими технологиями генерации рентгеновского излучения, тем самым расширяя применение рентгеновских лучей в поле нелинейной спектроскопии и дифракционной визуализации одночастиц, где требуется высокая мощность. Недавний успешный Attosecond Xfel является основным достижением в области аттосекундной науки и технологии, увеличивая доступную пиковую мощность более чем на шесть заказов по сравнению с рентгеновскими источниками.

Бесплатные электронные лазерыможет получить энергии импульса на много порядков выше, чем уровень спонтанного излучения, используя коллективную нестабильность, что вызвано непрерывным взаимодействием поля излучения в релятивистском электронном пучке и магнитном генераторе. В жестком диапазоне рентгеновских лучей (от 0,01 нм до 0,1 нм длины волны) FEL достигается методами сжатия пакета и пост-насыщения. В мягком диапазоне рентгеновских лучей (от 0,1 нм до 10 нм длины волны) FEL реализуется с помощью каскадной технологии свежих складов. В последнее время сообщалось, что аттосекундные импульсы с пиковой мощностью 100 ГВт генерируются с использованием усиленного метода самостоятельного спонтанного излучения (ESASE).

Исследовательская группа использовала двухэтапную систему амплификации, основанную на XFEL для усиления мягкого рентгеновского аттосекундного импульсного выхода из когерентного LINACисточник светаНа уровне TW, порядок улучшения по сравнению с сообщенными результатами. Экспериментальная установка показана на рисунке 1. На основе метода ESASE эмиттер фотокатоды модулируется для получения электронного луча с высоким током, и используется для генерации аттосекундных рентгеновских импульсов. Начальный импульс расположен на переднем крае шипа электронного луча, как показано в верхнем левом углу рисунка 1. Когда XFEL достигает насыщения, электронный луч задерживается относительно рентгеновского излучения магнитным компрессором, а затем импульс взаимодействует с электронным пучком (свежий срез), который не модифицируется модуляцией ESASE или Fel Laser. Наконец, второй магнитный антулятор используется для дальнейшего усиления рентгеновских лучей посредством взаимодействия аттосекундных импульсов со свежим срезом.

ИНЖИР. 1 экспериментальная диаграмма устройства; Иллюстрация показывает продольное фазовое пространство (диаграмма по времени энергии электрона, зеленый), текущий профиль (синий) и излучение, полученное путем усиления первого порядка (фиолетовый). Xtcav, X-диапазона поперечная полость; CVMI, коаксиальная система быстрого картирования; FZP, спектрометр с полос Френеля

Все аттосекундные импульсы построены из шума, поэтому каждый импульс обладает различными спектральными и временными свойствами, которые исследователи исследовали более подробно. С точки зрения спектров, они использовали спектрометр полос Френеля для измерения спектров отдельных импульсов при различных эквивалентных длинах неляторов, и обнаружили, что эти спектры поддерживают гладкие формы волны даже после вторичной амплификации, что указывает на то, что импульсы оставались одномодальными. Во временной области измеряется угловая полоса, и охарактеризована форма волны временной области импульса. Как показано на рисунке 1, рентгеновский импульс перекрывается с круглым поляризованным инфракрасным лазерным импульсом. Фотоэлектроны, ионизированные рентгеновским импульсом, будут производить полосы в направлении, противоположном векторному потенциалу инфракрасного лазера. Поскольку электрическое поле лазера вращается со временем, распределение импульса фотоэлектрона определяется моментом эмиссии электронов и устанавливается взаимосвязь между угловым режимом времени излучения и распределением импульса фотоэлектрона. Распределение фотоэлектронного импульса измеряется с использованием коаксиального спектрометра изображений быстрого отображения. Основываясь на результатах распределения и спектра, может быть реконструирована форма волны временной области аттосекундных импульсов. На рисунке 2 (а) показано распределение продолжительности импульса, со средней 440 AS. Наконец, детектор мониторинга газа использовался для измерения энергии импульса, и был рассчитан график рассеяния между пиковой мощностью импульса и продолжительностью импульса, как показано на рисунке 2 (b). Три конфигурации соответствуют различным условиям фокусировки электронного луча, условия колебания и условия задержки магнитного компрессора. Три конфигурации дали средние энергии импульса 150, 200 и 260 мкДж соответственно, с максимальной пиковой мощностью 1,1 TW.

Рисунок 2. (а) гистограмма распределения полной ширины полной ширины (FWHM); (б) рассеянный график, соответствующий пиковой мощности и продолжительности импульса

Кроме того, исследование также впервые наблюдало феномен супермиссии, подобного солитону, в рентгеновской полосе, который выглядит как непрерывное укорочение импульса во время усиления. Это вызвано сильным взаимодействием между электронами и излучением, при этом энергия быстро перенесена из электрона к головке рентгеновского импульса и обратно к электрону от хвоста импульса. Посредством углубленного исследования этого явления ожидается, что рентгеновские импульсы с более короткой продолжительностью и более высокой пиковой мощностью могут быть дополнительно реализованы путем расширения процесса усиления суперрадиации и использования преимущества импульсного укорочения в режиме солитона.