Laser a impulsi a raggi X attosecondi di classe TW

Laser a impulsi a raggi X attosecondi di classe TW
Radiografia attosecondalaser à impulsicù una putenza alta è una durata di impulsu corta sò a chjave per ottene spettroscopia non lineare ultrarapida è imaging di diffrazione di raghji X. A squadra di ricerca in i Stati Uniti hà utilizatu una cascata di dui fasiLaser elettroni senza raggi Xper emette impulsi attosecondi discreti. In cunfrontu cù i rapporti esistenti, a putenza di punta media di i impulsi hè aumentata da un ordine di grandezza, a putenza massima massima hè 1,1 TW, è l'energia mediana hè più di 100 μJ. U studiu furnisce ancu una forte evidenza per u cumpurtamentu di superradiazione soliton-like in u campu di raghji X.Laser d'alta energiaanu guidatu assai novi spazii di ricerca, cumpresa a fisica di altu campu, spettroscopia attoseconda è acceleratori di particelle laser. Trà tutti i tipi di laser, i raghji X sò largamente usati in a diagnosi medica, a rilevazione di difetti industriali, l'ispezione di sicurezza è a ricerca scientifica. U laser di l'elettroni liberi di raghji X (XFEL) pò aumentà a putenza massima di raghji X da parechji ordini di grandezza cumparatu cù altre tecnulugia di generazione di raghji X, estendendu cusì l'applicazione di raghji X à u campu di spettroscopia non lineare è unicu. l'imaghjini di diffrazione di particelle induve hè necessaria una alta putenza. U successu recente XFEL attosecondu hè un successu maiò in a scienza è a tecnulugia di attosecondu, aumentendu a putenza di punta dispunibile da più di sei ordini di grandezza cumparatu cù e fonti di raghji X di benchtop.

Laser elettroni gratuitipò ottene l'energie di impulsu assai ordini di grandezza più altu ch'è u livellu di emissione spontanea usendu inestabilità cullettiva, chì hè causata da l'interazzione cuntinua di u campu di radiazione in u fasciu di elettroni relativisticu è l'oscillatore magneticu. In a gamma di raghji X duri (circa da 0,01 nm à 0,1 nm di lunghezza d'onda), FEL hè ottenuta da tecniche di compressione di fasciu è coning post-saturazione. In a gamma di raghji X morbidi (circa 0,1 nm à 10 nm di lunghezza d'onda), FEL hè implementatu da a tecnulugia di cascata fresca-slice. Recentemente, i impulsi attosecondi cù una putenza piccu di 100 GW sò stati signalati per esse generati cù u metudu di emissione spontanea auto-amplificata (ESAE).

U squadra di ricerca hà utilizatu un sistema di amplificazione in dui fasi basatu in XFEL per amplificà l'output di impulsu di attosecondu di raghji X suave da u coherente linac.fonte di luceà u livellu TW, un ordine di mellura di grandezza annantu à i risultati riportati. A cunfigurazione sperimentale hè mostrata in a Figura 1. Basatu nantu à u metu ESASE, l'emettitore di fotocathode hè modulatu per ottene un fasciu d'elettroni cù una punta di corrente alta, è hè utilizatu per generà impulsi di raghji X attosecondi. L'impulsu iniziale hè situatu à a punta di u spike di u fasciu di l'elettroni, cum'è mostra in l'angulu superiore manca di a Figura 1. Quandu u XFEL righjunghji a saturazione, u fasciu di l'elettroni hè ritardatu relative à a raghji X da un compressore magneticu. è tandu l'impulsu interagisce cù u fasciu di elettroni (slice frescu) chì ùn hè micca mudificatu da a modulazione ESASE o laser FEL. Infine, un secunnu ondulatore magneticu hè utilizatu per amplificà ancu i raghji X per mezu di l'interazzione di impulsi attosecondi cù a fetta fresca.

FIG. 1 Diagramma di u dispusitivu sperimentale; L'illustrazione mostra u spaziu di fasa longitudinale (diagramma di u tempu-energia di l'elettrone, verde), u prufilu attuale (blu), è a radiazione prodotta da l'amplificazione di primu ordine (viola). XTCAV, cavità transversale X-band; cVMI, sistema d'imaghjini di mapping rapidu coaxial; FZP, spettrometru di piastra di banda di Fresnel

Tutti i impulsi attosecondi sò custruiti da u rumore, cusì ogni impulsu hà diverse proprietà spettrali è di u duminiu di u tempu, chì i circadori anu esploratu in più detail. In termini di spettri, anu utilizatu un spettrometru di piastra di banda di Fresnel per misurà i spettri di impulsi individuali à diverse lunghezze di ondulatori equivalenti, è truvaru chì questi spettri mantenevanu forme d'onda liscia ancu dopu l'amplificazione secundaria, chì indicanu chì i impulsi sò stati unimodali. In u duminiu di u tempu, a frangia angulare hè misurata è a forma d'onda di u duminiu di u tempu di u pulse hè carattarizatu. Cum'è mostra in a Figura 1, l'impulsu di raghji X hè sovrapposto cù l'impulsu laser infrared polarizatu circularmente. I fotoelettroni ionizzati da l'impulsu di i raghji X pruduceranu strisce in a direzzione opposta à u potenziale vettoriale di u laser infrared. Perchè u campu elettricu di u laser rota cù u tempu, a distribuzione di u momentu di u fotoelettrone hè determinata da u tempu di l'emissione di l'elettroni, è a relazione trà u modu angulare di u tempu di emissione è a distribuzione di u momentu di u fotoelettrone hè stabilitu. A distribuzione di u momentu di fotoelettroni hè misurata cù un spettrometru d'imaghjini di mapping rapidu coaxial. Basatu nantu à a distribuzione è i risultati spettrali, a forma d'onda di u duminiu di u tempu di impulsi attosecondi pò esse ricustruita. A figura 2 (a) mostra a distribuzione di a durata di u pulse, cù una mediana di 440 as. Infine, u detector di surviglianza di gas hè stata utilizata per misurà l'energia di l'impulsu, è hè statu calculatu u graficu di scatter entre a putenza di impulsu di punta è a durata di l'impulsu cum'è mostra in a Figura 2 (b). E trè cunfigurazioni currispondenu à e diverse cundizioni di focalizazione di u fasciu di elettroni, e cundizioni di cunicità ondulata è e cundizioni di ritardu di u compressore magneticu. E trè cunfigurazioni anu datu energie di impulsu mediu di 150, 200 è 260 µJ, rispettivamente, cù una putenza massima massima di 1,1 TW.

Figura 2. (a) Histogramma di distribuzione di mezza altezza Durata di l'impulsu Full width (FWHM); (b) Scatter plot currispondente à a putenza di punta è a durata di l'impulsu

Inoltre, u studiu hà ancu osservatu per a prima volta u fenomenu di superemission soliton-like in a banda di raghji X, chì appare cum'è un accurtamentu di pulsu cuntinuu durante l'amplificazione. Hè causatu da una forte interazzione trà l'elettroni è a radiazione, cù l'energia trasferita rapidamente da l'elettrone à a testa di u pulsu di raghji X è torna à l'elettrone da a cuda di u pulsu. Attraversu un studiu approfonditu di stu fenomenu, hè previstu chì i impulsi di raghji X cù una durata più corta è una putenza di piccu più altu pò esse realizatu ulteriormente allargendu u prucessu di amplificazione di superradiazione è apprufittannu di l'accortamentu di impulsi in modu soliton-like.