لیزر پالس اشعه ایکس کلاس دو کلاس TW

لیزر پالس اشعه ایکس کلاس دو کلاس TW
اشعه ایتوس ثانیهلیزر نبضبا قدرت بالا و مدت زمان پالس ، کلید دستیابی به طیف سنجی غیرخطی فوقانی و تصویربرداری پراش پرتو X است. تیم تحقیقاتی در ایالات متحده از آبشار دو مرحله ای استفاده کرده استلیزر الکترون بدون اشعه ایکسبرای خروجی پالس های آتوس ثانیه گسسته. در مقایسه با گزارش های موجود ، میانگین قدرت اوج پالس با ترتیب بزرگی افزایش می یابد ، حداکثر قدرت اوج 1.1 TW و انرژی متوسط ​​بیش از 100 میکروژیر است. این مطالعه همچنین شواهد محکمی برای رفتار فوق العاده سلیتون مانند در زمینه اشعه ایکس ارائه می دهد.لیزرهای پر انرژیبسیاری از زمینه های جدید تحقیق ، از جمله فیزیک بالا ، طیف سنجی آتوس ثانیه و شتاب دهنده ذرات لیزر را هدایت کرده اند. از بین انواع لیزرها ، اشعه ایکس به طور گسترده در تشخیص پزشکی ، تشخیص نقص صنعتی ، بازرسی ایمنی و تحقیقات علمی مورد استفاده قرار می گیرد. لیزر الکترونی آزاد با اشعه ایکس (XFEL) می تواند قدرت اشعه ایکس اوج را با چندین مرتبه در مقایسه با سایر فن آوری های تولید اشعه ایکس افزایش دهد ، بنابراین کاربرد پرتوهای X را در زمینه طیف سنجی غیرخطی و تصویربرداری پراکندگی تک ذره ای که در آن قدرت بالا مورد نیاز است ، گسترش می دهد. Attosecond موفق اخیر XFEL یک دستاورد بزرگ در علم و فناوری Attosecond است و قدرت اوج موجود را بیش از شش مرتبه از نظر در مقایسه با منابع اشعه ایکس بنچوپت افزایش می دهد.

لیزر الکترون رایگانمی تواند انرژی های پالس بسیاری از سفارشات بزرگتر از سطح انتشار خود به خود را با استفاده از بی ثباتی جمعی بدست آورد ، که در اثر تعامل مداوم میدان تابش در پرتو الکترونی نسبی گرا و نوسان ساز مغناطیسی ایجاد می شود. در محدوده اشعه ایکس سخت (حدود 0.01 نانومتر تا 0.1 نانومتر طول موج) ، FEL با استفاده از فشرده سازی بسته نرم افزاری و تکنیک های مخزن پس از اشباع حاصل می شود. در محدوده اشعه ایکس نرم (حدود 0.1 نانومتر تا 10 نانومتر طول موج) ، FEL توسط فناوری شیرین آبشار اجرا می شود. به تازگی ، پالس های آتوس ثانیه با قدرت اوج 100 گیگاوات گزارش شده است که با استفاده از روش انتشار خود به خودی خود به خودی تقویت شده (ESASE) تولید می شود.

تیم تحقیقاتی از یک سیستم تقویت دو مرحله ای مبتنی بر XFEL برای تقویت خروجی پالس اشعه ایکس نرم از منسجم LINAC استفاده کردمنبع نوربه سطح TW ، ترتیب پیشرفت بزرگی نسبت به نتایج گزارش شده. تنظیم آزمایشی در شکل 1 نشان داده شده است. بر اساس روش ESASE ، انتشار دهنده فوتوکاتود برای به دست آوردن پرتوی الکترونی با سنبله جریان بالا تعدیل شده است و برای تولید پالس اشعه ایکس آتوس ثانیه استفاده می شود. پالس اولیه در لبه جلوی سنبله پرتو الکترونی واقع شده است ، همانطور که در گوشه سمت چپ بالایی شکل 1 نشان داده شده است. وقتی XFEL به اشباع می رسد ، پرتو الکترونی نسبت به یک کمپرسور مغناطیسی توسط یک کمپرسور مغناطیسی به تأخیر می افتد ، و سپس پالس با پرتو الکترونی (برش تازه) تعامل می یابد که توسط تعدیل asase یا Fel LaSer اصلاح نمی شود. سرانجام ، از یک محوطه مغناطیسی دوم برای تقویت بیشتر پرتوهای X از طریق تعامل پالس های آتوس ثانیه با برش تازه استفاده می شود.

شکل 1 نمودار دستگاه آزمایشی ؛ تصویر فضای فاز طولی (نمودار انرژی زمان الکترون ، سبز) ، مشخصات فعلی (آبی) و تابش تولید شده توسط تقویت مرتبه اول (بنفش) را نشان می دهد. Xtcav ، حفره عرضی باند X ؛ CVMI ، سیستم تصویربرداری سریع نقشه برداری کواکسیال. FZP ، طیف سنج صفحه باند Fresnel

تمام پالس های Attosecond از سر و صدا ساخته شده اند ، بنابراین هر پالس دارای خواص طیفی و دامنه متفاوتی است ، که محققان با جزئیات بیشتری به بررسی آن پرداختند. از نظر طیف ، آنها از طیف سنج صفحه باند Fresnel برای اندازه گیری طیف پالسهای فردی در طول های مختلف معادل معادل استفاده می کردند و دریافتند که این طیف ها حتی پس از تقویت ثانویه ، شکل موج صاف را حفظ می کنند ، نشان می دهد که پالس ها بی حد و حصر هستند. در دامنه زمان ، حاشیه زاویه ای اندازه گیری می شود و شکل موج دامنه زمان پالس مشخص می شود. همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است ، پالس اشعه ایکس با پالس لیزر مادون قرمز به طور دایره ای قطبی شده است. فوتوالکترون های یونیزه شده توسط پالس اشعه ایکس ، رگه هایی را در جهت خلاف پتانسیل بردار لیزر مادون قرمز تولید می کنند. از آنجا که میدان الکتریکی لیزر با زمان می چرخد ​​، توزیع حرکت فوتوالکترون با زمان انتشار الکترون تعیین می شود و رابطه بین حالت زاویه ای زمان انتشار و توزیع حرکت فوتوالکترون برقرار می شود. توزیع حرکت فوتوالکترون با استفاده از طیف سنج تصویربرداری سریع نقشه برداری کواکسیال اندازه گیری می شود. بر اساس توزیع و نتایج طیفی ، شکل موج دامنه زمان پالسهای آتوس ثانیه قابل بازسازی است. شکل 2 (a) توزیع مدت زمان پالس را نشان می دهد ، با میانگین 440 AS. سرانجام ، از ردیاب نظارت بر گاز برای اندازه گیری انرژی پالس استفاده شد و نقشه پراکندگی بین قدرت پالس اوج و مدت زمان پالس همانطور که در شکل 2 (b) نشان داده شده است. این سه پیکربندی با شرایط تمرکز پرتو الکترونی مختلف ، شرایط مخفی و شرایط تأخیر کمپرسور مغناطیسی مطابقت دارد. سه تنظیمات به ترتیب انرژی پالس به ترتیب 150 ، 200 و 260 میکروژک به دست آورد ، با حداکثر قدرت اوج 1.1 TW.

شکل 2. (الف) هیستوگرام توزیع طول پالس با عرض کامل نیمه (FWHM). (ب) طرح پراکندگی مربوط به قدرت اوج و مدت زمان پالس

علاوه بر این ، این مطالعه همچنین برای اولین بار مشاهده شده است که پدیده فوق العاده مانند سلیتون در باند اشعه ایکس ، که به عنوان یک کوتاه شدن پالس مداوم در طول تقویت ظاهر می شود. این امر در اثر تعامل شدید بین الکترون ها و تابش ایجاد می شود ، با انرژی که به سرعت از الکترون به سر پالس اشعه ایکس منتقل می شود و از دم پالس به الکترون برگشت می شود. از طریق مطالعه عمیق این پدیده ، انتظار می رود که پالس های اشعه ایکس با مدت زمان کوتاه تر و قدرت اوج بالاتر را می توان با گسترش فرآیند تقویت سوپرراد و استفاده از کوتاه شدن پالس در حالت مانند سلیتون تحقق بخشید.