Синфи TW аттосекунд лазерии набзи рентгенӣ

Синфи TW аттосекунд лазерии набзи рентгенӣ
Рентгени аттосекундлазери набзибо қувваи баланд ва давомнокии кӯтоҳи набз калиди ноил шудан ба спектроскопияи ғайрихаттӣ ва тасвири дифраксияи рентгенӣ мебошад. Гурӯҳи тадқиқотӣ дар Иёлоти Муттаҳида як каскади думарҳиларо истифода бурдЛазерҳои электронии ройгони рентгенӣбарои баровардани импульсҳои дискретии аттосекунд. Дар муқоиса бо гузоришҳои мавҷуда, иқтидори миёнаи авҷи импулсҳо бо тартиби бузургӣ зиёд карда мешавад, ҳадди максималӣ 1,1 ТВт ва энергияи миёна зиёда аз 100 мкДж мебошад. Таҳқиқот инчунин далелҳои қавӣ барои рафтори суперрадиатсияи ба солитон монандро дар майдони рентгенӣ пешниҳод мекунад.Лазерҳои энергияи баландбисьёр сохахои нави тадкикот, аз он чумла физикаи майдонхои баланд, спектроскопияи аттосекунд ва суръатбахши заррачахои лазериро пеш бурданд. Дар байни ҳама намудҳои лазерҳо, рентгенҳо дар ташхиси тиббӣ, ошкор кардани камбудиҳои саноатӣ, санҷиши бехатарӣ ва тадқиқоти илмӣ васеъ истифода мешаванд. Лазери озоди электронии рентгенӣ (XFEL) метавонад қувваи қуллаи рентгениро дар муқоиса бо дигар технологияҳои тавлиди рентгенӣ ба якчанд дараҷа зиёд кунад ва ба ин васила татбиқи рентгенҳоро дар соҳаи спектроскопияи ғайрихаттӣ ва яккатор васеъ намояд. тасвири дифраксияи зарраҳо, ки қувваи баланд лозим аст. XFEL-и бомуваффақияти охирини аттосекунд як дастоварди бузург дар илм ва технологияи аттосекунд аст, ки қувваи қуллаи мавҷударо дар муқоиса бо манбаъҳои рентгении рӯизаминӣ беш аз шаш дараҷа зиёд мекунад.

Лазерҳои электронии ройгонбо истифода аз ноустувории коллективӣ, ки дар натиҷаи таъсири мутақобилаи доимии майдони радиатсионӣ дар шуои электронии релятивистӣ ва осциллятори магнитӣ ба вуҷуд меояд, метавонад энергияи импулсро ба миқдори зиёд аз сатҳи эмиссияи стихиявӣ ба даст орад. Дар диапазони рентгении сахт (тақрибан 0,01 нм то 0,1 нм дарозии мавҷ), FEL тавассути фишурдани бастаҳо ва усулҳои контингии пас аз сершавӣ ба даст оварда мешавад. Дар диапазони рентгении нарм (тақрибан 0,1 нм то 10 нм дарозии мавҷ), FEL бо технологияи каскади тару тоза амалӣ карда мешавад. Ба наздикӣ гузориш дода шудааст, ки импульсҳои аттосекундӣ бо қудрати қуллаи 100 ГВт бо истифода аз усули мукаммалшудаи худфаъолияти стихиявӣ (ESASE) тавлид мешаванд.

Гурӯҳи тадқиқотӣ системаи думарҳилаи пурқувватро дар асоси XFEL барои пурзӯр кардани баромади набзи нарми рентгении аттосекунд аз когерентии линак истифода бурд.манбаи нурба сатҳи TW, тартиби беҳтар кардани миқёс нисбат ба натиҷаҳои гузоришшуда. Таҷҳизоти таҷрибавӣ дар расми 1 нишон дода шудааст. Дар асоси усули ESASE, эмиттери фотокатод барои ба даст овардани шуои электронии дорои суръати баланди ҷараён модуляция карда мешавад ва барои тавлиди импульсҳои рентгении аттосекундӣ истифода мешавад. Импульси ибтидоӣ дар канори пеши хӯшаи шуои электрон ҷойгир аст, ки дар кунҷи чапи болоии расми 1 нишон дода шудааст. Вақте ки XFEL ба сершавӣ мерасад, шуои электрон нисбат ба рентген бо компрессори магнитӣ таъхир меёбад, ва он гоҳ набз бо чӯби электрон (буридаи тару тоза), ки бо модулятсияи ESASE ё лазерии FEL тағир дода нашудааст, ҳамкорӣ мекунад. Ниҳоят, як ундулятори магнитии дуюм барои тақвияти минбаъдаи рентгенҳо тавассути таъсири мутақобилаи импулсҳои аттосекунд бо буридаи тару тоза истифода мешавад.

АНҶИР. 1 Диаграммаи таҷрибавии дастгоҳ; Дар расм фазои фазаҳои тӯлонӣ (диаграммаи вақт-энергетикии электрон, сабз), профили ҷорӣ (кабуд) ва радиатсияи тавассути тақвияти дараҷаи аввал (арғувон) тавлидшуда нишон дода шудааст. XTCAV, холигии кундаланг X-банд; cVMI, системаи тасвири коаксиалии харитасозии зуд; FZP, спектрометри лавҳаи банд Fresnel

Ҳама импулсҳои аттосекунд аз садо сохта шудаанд, аз ин рӯ ҳар як набз дорои хосиятҳои гуногуни спектралӣ ва домени вақт мебошад, ки тадқиқотчиён онҳоро муфассалтар омӯхтанд. Дар робита ба спектрҳо, онҳо барои чен кардани спектри импулсҳои алоҳида дар дарозии гуногуни бардурӯғи эквивалентӣ спектрометри пластинии Френелро истифода бурданд ва муайян карданд, ки ин спектрҳо ҳатто пас аз тақвияти дуюмдараҷа шаклҳои мавҷҳои ҳамворро нигоҳ медоранд, ки ин нишон медиҳад, ки импулсҳо якмодали боқӣ мемонанд. Дар домени вақт ҳошияи кунҷӣ чен карда мешавад ва шакли мавҷи домени вақти набз тавсиф карда мешавад. Тавре ки дар расми 1 нишон дода шудааст, набзи рентгенӣ бо набзи лазерии инфрасурх ба таври даврашакл поляризатсияшуда такрор карда мешавад. Фотоэлектронҳое, ки бо импулси рентгенӣ ионизатсия мешаванд, дар самти муқобили потенсиали вектории лазери инфрасурх рахҳо ба вуҷуд меоранд. Азбаски майдони электрии лазер бо мурури замон давр мезанад, таксимоти импульси фотоэлектрон аз руи вакти пошидани электрон муайян карда мешавад ва робитаи байни режими кунчии вакти партов ва таксимоти импульси фотоэлектрон мукаррар карда мешавад. Тақсимоти импулси фотоэлектронҳо бо истифода аз спектрометри тасвирии коаксиалии харитасозӣ чен карда мешавад. Дар асоси тақсимот ва натиҷаҳои спектралӣ, шакли мавҷи вақт-домени импулсҳои аттосонияро метавон дубора барқарор кард. Тасвири 2 (а) тақсимоти давомнокии набзро нишон медиҳад, ки миёнаравӣ 440 аст. Ниҳоят, детектори мониторинги газ барои чен кардани энергияи импулс истифода шуд ва диаграммаи пароканда байни қувваи қуллаи импулс ва давомнокии импулс, ки дар расми 2 (б) нишон дода шудааст, ҳисоб карда шуд. Се конфигуратсия ба шароитҳои гуногуни фокускунии чӯби электронӣ, шароити консентратсияи мавҷгир ва шароити таъхири компрессори магнитӣ мувофиқат мекунанд. Се конфигуратсия энергияи миёнаи набзи мутаносибан 150, 200 ва 260 мкҶро бо қудрати ҳадди аксар 1,1 ТВт дод.

Расми 2. (а) Гистограммаи тақсимоти нимбаландӣ Давомнокии набзи паҳнои пурра (FWHM); (б) Нақшаи пароканда, ки ба қувваи қулла ва давомнокии импулс мувофиқ аст

Гайр аз ин, тадкикот бори аввал падидаи суперэмиссияи солитонмонандро дар банди рентгенй, ки дар вакти пурзуркунй хамчун кутохшавии доимии набз ба назар мерасад, мушохида намуд. Он дар натиҷаи таъсири мутақобилаи қавӣ байни электронҳо ва радиатсия ба амал меояд, ки энергия аз электрон ба сари импулси рентгенӣ ва бозгашт ба электрон аз думи импулс зуд интиқол дода мешавад. Тавассути омӯзиши амиқи ин падида, интизор меравад, ки импульсҳои рентгенӣ бо давомнокии кӯтоҳтар ва қудрати қуллаи баландтарро тавассути тамдиди раванди пурқувваткунии суперрадиатсия ва истифода аз кӯтоҳ кардани набз дар ҳолати солитон монанд ба амал баровардан мумкин аст.