Лазери импулси рентгении синфи аттосекундии TW

Лазери импулси рентгении синфи аттосекундии TW
Рентгени аттосекундӣлазери импулсӣбо қувваи баланд ва давомнокии кӯтоҳи импулс калиди ноил шудан ба спектроскопияи ғайрихаттии ултратез ва аксбардории дифракцияи рентгенӣ мебошанд. Гурӯҳи тадқиқотӣ дар Иёлоти Муттаҳида аз як каскади думарҳилаӣ истифода бурд.Лазерҳои электронии бе рентгенӣбарои баровардани импулсҳои дискретии аттосония. Дар муқоиса бо гузоришҳои мавҷуда, қувваи миёнаи авҷи импулсҳо ба як тартиби бузургӣ зиёд карда шудааст, қувваи максималии авҷ 1,1 ТВт ва энергияи миёна беш аз 100 мкҶ мебошад. Таҳқиқот инчунин далелҳои қавӣ барои рафтори суперрадиатсияи монанд ба солитон дар майдони рентгенӣ пешниҳод мекунад.Лазерҳои баландэнергиябисёр соҳаҳои нави тадқиқотро, аз ҷумла физикаи майдони баланд, спектроскопияи аттосония ва суръатбахшҳои зарраҳои лазерӣ, ба вуҷуд овардаанд. Дар байни ҳама намудҳои лазерҳо, нурҳои рентгенӣ дар ташхиси тиббӣ, ошкор кардани нуқсонҳои саноатӣ, санҷиши бехатарӣ ва таҳқиқоти илмӣ васеъ истифода мешаванд. Лазери озоди электронии рентгенӣ (XFEL) метавонад қувваи авҷи рентгениро дар муқоиса бо дигар технологияҳои тавлиди нурҳои рентгенӣ якчанд тартиботи бузургӣ афзоиш диҳад ва бо ин васила истифодаи нурҳои рентгениро ба соҳаи спектроскопияи ғайрихаттӣ ва тасвири дифракцияи якзарраӣ, ки дар он ҷо қувваи баланд талаб карда мешавад, васеъ кунад. XFEL-и муваффақи ахири аттосония як дастоварди бузург дар илм ва технологияи аттосония буда, қувваи авҷи дастрасро дар муқоиса бо манбаъҳои рентгении рӯизаминӣ беш аз шаш тартиботи бузургӣ афзоиш медиҳад.

Лазерҳои электронии озодметавонад энергияҳои импулсро бо истифода аз ноустувории коллективӣ, ки аз таъсири мутақобилаи доимии майдони радиатсия дар шуои электронии релятивистӣ ва осциллятори магнитӣ ба вуҷуд меояд, ба миқдори зиёд аз сатҳи партоби худсарона ба даст орад. Дар диапазони рентгении сахт (тақрибан аз 0,01 нм то дарозии мавҷи 0,1 нм), FEL бо истифода аз фишурдани баста ва усулҳои конинги пас аз сершавӣ ба даст оварда мешавад. Дар диапазони рентгении нарм (тақрибан аз 0,1 нм то дарозии мавҷи 10 нм), FEL бо истифода аз технологияи каскадии fresh-slice амалӣ карда мешавад. Ба наздикӣ гузориш дода шудааст, ки импулсҳои аттосекундӣ бо қувваи авҷи 100 ГВт бо истифода аз усули партоби худсаронаи такмилёфта (ESASE) тавлид мешаванд.

Гурӯҳи тадқиқотӣ аз системаи думарҳилавии тақвиятдиҳӣ дар асоси XFEL барои тақвияти баромади импулси аттосекундии рентгении нарм аз когеренти линак истифода бурд.манбаи рӯшноӣба сатҳи TW, тартиби беҳтаршавии бузургӣ нисбат ба натиҷаҳои гузоришшуда. Танзимоти таҷрибавӣ дар расми 1 нишон дода шудааст. Бар асоси усули ESASE, эмиттери фотокатод барои ба даст овардани шуои электрон бо суръати баланди ҷараён модулятсия карда мешавад ва барои тавлиди импулсҳои рентгении аттосония истифода мешавад. Импулси ибтидоӣ дар канори пеши шуои электрон ҷойгир аст, чунон ки дар кунҷи чапи болоии расми 1 нишон дода шудааст. Вақте ки XFEL ба сершавӣ мерасад, шуои электрон нисбат ба шуои рентгенӣ тавассути компрессори магнитӣ ба таъхир меафтад ва сипас импулс бо шуои электрон (буридаи нав), ки аз ҷониби модулятсияи ESASE ё лазери FEL тағйир дода нашудааст, ҳамкорӣ мекунад. Дар ниҳоят, ундулятори дуюми магнитӣ барои тақвияти минбаъдаи шуоъҳои рентгенӣ тавассути таъсири мутақобилаи импулсҳои аттосония бо буриши нав истифода мешавад.

РАСМИ 1 Диаграммаи дастгоҳи таҷрибавӣ; Дар расм фазои фазаи тӯлонӣ (диаграммаи вақт-энергияи электрон, сабз), профили ҷараён (кабуд) ва радиатсияи ҳосилшуда аз ҷониби тақвияти тартиби аввал (арғувонӣ) нишон дода шудааст. XTCAV, ковокии кундаланги X-банд; cVMI, системаи тасвирии харитасозии босуръати коаксиалӣ; FZP, спектрометри табақаи бандии Фреснел

Ҳамаи импулсҳои аттосония аз садо сохта шудаанд, аз ин рӯ, ҳар як импулс хосиятҳои гуногуни спектрӣ ва домени вақтӣ дорад, ки муҳаққиқон онҳоро муфассалтар омӯхтанд. Аз нигоҳи спектрҳо, онҳо аз спектрометри лавҳаи бандии Фреснел барои чен кардани спектрҳои импулсҳои инфиродӣ дар дарозиҳои гуногуни эквивалентии удуляторҳо истифода бурданд ва муайян карданд, ки ин спектрҳо ҳатто пас аз тақвияти дуюмдараҷа шаклҳои мавҷи ҳамворро нигоҳ медоранд, ки нишон медиҳад, ки импулсҳо якмодалӣ боқӣ мондаанд. Дар домени вақт, канори кунҷӣ чен карда мешавад ва шакли мавҷи домени вақти импулс тавсиф карда мешавад. Тавре ки дар расми 1 нишон дода шудааст, импулси рентгенӣ бо импулси лазерии инфрасурхи даврашакл поляризатсияшуда ҳампӯш мешавад. Фотоэлектронҳое, ки бо импулси рентгенӣ ионизатсия шудаанд, рахҳоро дар самти муқобили потенсиали вектории лазери инфрасурх ба вуҷуд меоранд. Азбаски майдони электрикии лазер бо мурури замон чарх мезанад, тақсимоти импулси фотоэлектрон аз ҷониби вақти партоби электрон муайян карда мешавад ва робитаи байни ҳолати кунҷии вақти партоб ва тақсимоти импулси фотоэлектрон муқаррар карда мешавад. Тақсимоти импулси фотоэлектронӣ бо истифода аз спектрометри аксбардории харитасозии зуди коаксиалӣ чен карда мешавад. Дар асоси натиҷаҳои тақсимот ва спектралӣ, шакли мавҷи домени вақтӣ-импулсҳои аттосонияро метавон барқарор кард. Расми 2 (а) тақсимоти давомнокии импулсро бо медианаи 440 адад нишон медиҳад. Дар ниҳоят, детектори мониторинги газ барои чен кардани энергияи импулс истифода шуд ва графики парокандагӣ байни қувваи импулси авҷ ва давомнокии импулс, чунон ки дар расми 2 (б) нишон дода шудааст, ҳисоб карда шуд. Се конфигуратсия ба шароити гуногуни фокускунии шуоъи электронӣ, шароити конусшавии мавҷҳо ва шароити таъхири компрессори магнитӣ мувофиқат мекунанд. Се конфигуратсия энергияҳои миёнаи импулсро мутаносибан 150, 200 ва 260 µJ бо қувваи максималии авҷи 1,1 ТВт доданд.

Расми 2. (а) Гистограммаи тақсимоти давомнокии импулси нимбаландӣ бо паҳнои пурра (FWHM); (б) Графикаи парокандагӣ, ки ба қувваи авҷ ва давомнокии импулс мувофиқат мекунад

Илова бар ин, дар ин таҳқиқот инчунин бори аввал падидаи суперэмиссияи солитонмонанд дар банди рентгенӣ мушоҳида карда шуд, ки ҳамчун кӯтоҳшавии пайвастаи импулс ҳангоми тақвият зоҳир мешавад. Он аз таъсири мутақобилаи қавии байни электронҳо ва радиатсия ба вуҷуд меояд, ки энергия аз электрон ба сари импулси рентгенӣ ва аз думи импулс ба электрон зуд интиқол дода мешавад. Тавассути омӯзиши амиқи ин падида, интизор меравад, ки импулсҳои рентгенӣ бо давомнокии кӯтоҳтар ва қувваи қуллаи баландтар тавассути васеъ кардани раванди тақвияти суперрадиатсия ва истифода аз кӯтоҳшавии импулс дар ҳолати солитонмонанд минбаъд амалӣ карда шаванд.