Lazè pulsasyon reyon X atosegond klas TW

Lazè pulsasyon reyon X atosegond klas TW
Reyon X atosegondlazè pulsasyonAvèk gwo puisans ak dire pulsasyon kout, se kle pou reyalize spektroskopi nonlineyè ultra rapid ak imaj difraksyon reyon X. Ekip rechèch Ozetazini an te itilize yon kaskad de etapLazè elektwon lib reyon Xpou bay pulsasyon atosegond disrè. Konpare ak rapò ki deja egziste yo, pik pouvwa mwayèn pulsasyon yo ogmante pa yon lòd mayitid, pik pouvwa maksimòm lan se 1.1 TW, epi enèji medyàn lan se plis pase 100 μJ. Etid la bay tou prèv solid pou konpòtman superradyasyon ki sanble ak soliton nan chan reyon X la.Lazè ki gen anpil enèjite pouse anpil nouvo domèn rechèch, tankou fizik gwo chan mayetik, spektroskopi atosegond, ak akseleratè patikil lazè. Pami tout kalite lazè, reyon X yo lajman itilize nan dyagnostik medikal, deteksyon defo endistriyèl, enspeksyon sekirite ak rechèch syantifik. Lazè elektwon lib reyon X (XFEL) la ka ogmante pik puisans reyon X la pa plizyè lòd mayitid konpare ak lòt teknoloji jenerasyon reyon X, kidonk pwolonje aplikasyon reyon X yo nan domèn spektroskopi non lineyè ak imaj difraksyon yon sèl patikil kote yo bezwen gwo puisans. Dènye siksè XFEL atosegond lan se yon gwo reyalizasyon nan syans ak teknoloji atosegond, li ogmante pik puisans disponib la pa plis pase sis lòd mayitid konpare ak sous reyon X sou ban.

Lazè elektwon libka jwenn enèji pulsasyon plizyè lòd mayitid ki pi wo pase nivo emisyon espontane a lè l sèvi avèk enstabilite kolektif, ki koze pa entèraksyon kontinyèl chan radyasyon an nan gwo bout elektwon relativist la ak osilatè mayetik la. Nan seri reyon X di a (anviwon 0.01 nm a 0.1 nm longèdonn), FEL reyalize pa konpresyon pake ak teknik konik apre saturasyon. Nan seri reyon X mou a (anviwon 0.1 nm a 10 nm longèdonn), FEL aplike pa teknoloji kaskad fre-tranche. Dènyèman, yo rapòte pulsasyon atosegond ak yon pouvwa pik 100 GW ki pwodui lè l sèvi avèk metòd emisyon espontane oto-anplifye amelyore (ESASE).

Ekip rechèch la te itilize yon sistèm anplifikasyon de etap ki baze sou XFEL pou anplifye pwodiksyon pulsasyon atosegond reyon X mou ki soti nan linac koyeran an.sous limyèrive nan nivo TW a, yon amelyorasyon nan yon lòd mayitid parapò ak rezilta yo rapòte yo. Konfigirasyon eksperimantal la montre nan Figi 1. Baze sou metòd ESASE a, emetè fotokatòd la module pou jwenn yon gwo bout bwa elektwon ak yon pik kouran ki wo, epi li itilize pou jenere pulsasyon reyon X atosegond. Pulsasyon inisyal la sitiye nan kwen devan pik gwo bout bwa elektwon an, jan yo montre nan kwen anwo gòch Figi 1 an. Lè XFEL la rive nan saturation, gwo bout bwa elektwon an retade parapò ak reyon X la pa yon konpresè mayetik, epi answit pulsasyon an kominike avèk gwo bout bwa elektwon an (tranch fre) ki pa modifye pa modilasyon ESASE a oswa lazè FEL la. Finalman, yo itilize yon dezyèm onduleur mayetik pou anplifye reyon X yo plis atravè entèraksyon pulsasyon atosegond ak tranch fre a.

FIG. 1 Dyagram aparèy eksperimantal; Ilistrasyon an montre espas faz longitudinal la (dyagram tan-enèji elektwon an, vèt), pwofil aktyèl la (ble), ak radyasyon ki pwodui pa anplifikasyon premye lòd la (vyolèt). XTCAV, kavite transvèsal X-band; cVMI, sistèm imaj rapid koaksiyal; FZP, espektwomèt plak bann Fresnel

Tout pulsasyon atosegond yo konstwi apati bri, kidonk chak pulsasyon gen diferan pwopriyete espektral ak domèn tan, ke chèchè yo te eksplore an plis detay. An tèm de spectre, yo te itilize yon espektwomèt plak bann Fresnel pou mezire spectre pulsasyon endividyèl yo nan diferan longè onduleur ekivalan, epi yo te jwenn ke spectre sa yo te kenbe fòm ond lis menm apre anplifikasyon segondè, sa ki endike ke pulsasyon yo te rete unimodal. Nan domèn tan an, yo mezire franj angilè a epi yo karakterize fòm ond domèn tan pulsasyon an. Jan yo montre nan Figi 1, pulsasyon reyon X la sipèpoze ak pulsasyon lazè enfrawouj polarize sikilèman an. Fotoelektwon yo ki iyonize pa pulsasyon reyon X la pral pwodui tras nan direksyon opoze a potansyèl vektè lazè enfrawouj la. Paske chan elektrik lazè a Thorne ak tan, distribisyon momantòm fotoelektwon an detèmine pa tan emisyon elektwon an, epi yo etabli relasyon ki genyen ant mòd angilè tan emisyon an ak distribisyon momantòm fotoelektwon an. Yo mezire distribisyon momantòm fotoelektwon an lè l sèvi avèk yon espektwomèt imaj katografi rapid koaksiyal. Baze sou distribisyon an ak rezilta espektral yo, yo ka rekonstwi fòm ond tan pulsasyon atosegond yo. Figi 2 (a) montre distribisyon dire pulsasyon an, ak yon medyàn 440 as. Finalman, yo te itilize detektè siveyans gaz la pou mezire enèji pulsasyon an, epi yo te kalkile dyagram dispèsyon ant puisans pulsasyon pik la ak dire pulsasyon an jan yo montre nan Figi 2 (b). Twa konfigirasyon yo koresponn ak diferan kondisyon konsantrasyon gwo bout elektwon, kondisyon konizasyon ondilasyon ak kondisyon reta konpresè mayetik. Twa konfigirasyon yo te bay enèji pulsasyon mwayèn 150, 200, ak 260 µJ, respektivman, ak yon puisans pik maksimòm 1.1 TW.

Figi 2. (a) Istogram distribisyon dire pulsasyon mwatye wotè ak lajè konplè (FWHM); (b) Dyagram dispèsyon ki koresponn ak puisans pik ak dire pulsasyon

Anplis de sa, etid la te obsève tou pou premye fwa fenomèn sipèemisyon ki sanble ak soliton nan bann reyon X la, ki parèt kòm yon rakoursisman kontinyèl nan batman kè pandan anplifikasyon. Li koze pa yon entèraksyon fò ant elektwon ak radyasyon, ak enèji ki transfere rapidman soti nan elektwon an nan tèt batman kè reyon X la epi retounen nan elektwon an soti nan ke batman kè a. Atravè etid apwofondi sou fenomèn sa a, yo espere ke batman kè reyon X ki gen yon dire ki pi kout ak yon pik puisans ki pi wo ka reyalize pi lwen lè yo pwolonje pwosesis anplifikasyon sipèradyasyon an epi pwofite rakoursisman batman kè nan mòd ki sanble ak soliton.