TW class attosecond X-ray pulse laser

TW class attosecond X-ray pulse laser
Attosecond X-raypulso lasernga adunay taas nga gahum ug mubo nga gidugayon sa pulso mao ang yawe aron makab-ot ang ultrafast nonlinear spectroscopy ug X-ray diffraction imaging. Ang research team sa United States migamit ug duha ka yugtoX-ray free electron laserssa output discrete attosecond pulses. Kung itandi sa kasamtangan nga mga taho, ang kasagaran nga peak power sa mga pulso gipataas sa usa ka order sa magnitude, ang maximum nga peak power mao ang 1.1 TW, ug ang median nga enerhiya labaw pa sa 100 μJ. Naghatag usab ang pagtuon og lig-on nga ebidensya alang sa kinaiya sa superradiation nga sama sa soliton sa natad sa X-ray.Taas nga enerhiya nga mga lasernag-aghat sa daghang bag-ong mga bahin sa panukiduki, lakip ang high-field physics, attosecond spectroscopy, ug laser particle accelerators. Taliwala sa tanan nga mga matang sa mga laser, X-ray kaylap nga gigamit sa medikal nga pagdayagnos, industriyal flaw detection, kaluwasan inspeksyon ug siyentipikong panukiduki. Ang X-ray free-electron laser (XFEL) makadugang sa peak X-ray power pinaagi sa ubay-ubay nga mga order sa magnitude kumpara sa ubang X-ray generation nga mga teknolohiya, sa ingon nagpalapad sa paggamit sa X-ray sa natad sa nonlinear spectroscopy ug single- particle diffraction imaging diin gikinahanglan ang taas nga gahum. Ang bag-o nga malampuson nga attosecond XFEL usa ka dakong kalampusan sa attosecond nga siyensya ug teknolohiya, nga nagdugang sa anaa nga peak power nga labaw sa unom ka order sa magnitude kumpara sa benchtop nga X-ray nga mga tinubdan.

Libre nga mga electron lasermakakuha og mga kusog sa pulso sa daghang mga order sa magnitude nga mas taas kaysa sa spontaneous emission level gamit ang collective instability, nga tungod sa padayon nga interaksyon sa radiation field sa relativistic electron beam ug ang magnetic oscillator. Sa hard X-ray range (mga 0.01 nm hangtod 0.1 nm wavelength), ang FEL makab-ot pinaagi sa bundle compression ug post-saturation coning techniques. Sa humok nga X-ray range (mga 0.1 nm hangtod 10 nm wavelength), ang FEL gipatuman pinaagi sa cascade fresh-slice nga teknolohiya. Bag-ohay lang, ang attosecond pulses nga adunay peak power nga 100 GW gikataho nga namugna gamit ang gipalambo nga self-amplified spontaneous emission (ESASE) nga pamaagi.

Ang research team migamit ug duha ka yugto nga amplification system nga gibase sa XFEL aron mapadako ang soft X-ray attosecond pulse output gikan sa linac coherent.kahayag nga tinubdanngadto sa lebel sa TW, usa ka han-ay sa pag-uswag sa kadako sa gikataho nga mga resulta. Ang eksperimento nga setup gipakita sa Figure 1. Base sa ESSE nga pamaagi, ang photocathode emitter modulated aron makakuha og electron beam nga adunay taas nga current spike, ug gigamit sa pagmugna og attosecond X-ray pulses. Ang inisyal nga pulso nahimutang sa atubangan nga ngilit sa spike sa electron beam, sama sa gipakita sa ibabaw nga wala nga suok sa Figure 1. Sa diha nga ang XFEL makaabot sa saturation, ang electron beam nalangan kalabot sa X-ray pinaagi sa magnetic compressor, ug dayon ang pulso makig-uban sa electron beam (presko nga hiwa) nga wala mausab sa ESSE modulation o FEL laser. Sa katapusan, usa ka ikaduha nga magnetic undulator ang gigamit aron dugang nga mapadako ang mga X-ray pinaagi sa interaksyon sa mga attosecond pulse sa bag-ong hiwa.

FIG. 1 Diagram sa eksperimento nga device; Ang ilustrasyon nagpakita sa longitudinal phase space (time-energy diagram sa electron, berde), ang kasamtangang profile (asul), ug ang radiation nga gihimo sa first-order amplification (purple). XTCAV, X-band transverse nga lungag; cVMI, coaxial rapid mapping imaging system; FZP, Fresnel band plate spectrometer

Ang tanan nga mga attosecond nga mga pulso gihimo gikan sa kasaba, mao nga ang matag pulso adunay lainlain nga spectral ug time-domain nga mga kabtangan, nga gisusi sa mga tigdukiduki sa mas detalyado. Sa termino sa spectra, gigamit nila ang usa ka Fresnel band plate spectrometer aron sukdon ang spectra sa indibidwal nga mga pulso sa lain-laing mga katumbas nga undulator nga gitas-on, ug nakit-an nga kini nga spectra nagpabilin nga hapsay nga mga waveform bisan human sa secondary amplification, nga nagpakita nga ang mga pulso nagpabilin nga unimodal. Sa time domain, ang angular fringe gisukod ug ang time domain waveform sa pulso gihulagway. Sama sa gipakita sa Figure 1, ang X-ray pulse gisapawan sa circularly polarized infrared laser pulse. Ang mga photoelectron nga na-ionize sa pulso sa X-ray makahimo og mga streak sa direksyon nga sukwahi sa potensyal sa vector sa infrared laser. Tungod kay ang electric field sa laser nagtuyok sa oras, ang momentum distribution sa photoelectron gitino sa panahon sa electron emission, ug ang relasyon tali sa angular mode sa emission time ug sa momentum distribution sa photoelectron natukod. Ang pag-apod-apod sa photoelectron momentum gisukod gamit ang coaxial fast mapping imaging spectrometer. Base sa distribusyon ug spectral nga mga resulta, ang time-domain waveform sa attosecond pulses mahimong matukod pag-usab. Ang Figure 2 (a) nagpakita sa pag-apod-apod sa gidugayon sa pulso, nga adunay median nga 440 ingon. Sa katapusan, ang gas monitoring detector gigamit sa pagsukod sa enerhiya sa pulso, ug ang scatter plot tali sa peak pulse power ug ang gidugayon sa pulso sama sa gipakita sa Figure 2 (b) gikalkulo. Ang tulo ka mga kumpigurasyon katumbas sa lain-laing mga electron beam nga nagpunting sa mga kondisyon, waver coning kondisyon ug magnetic compressor delay kondisyon. Ang tulo ka mga kumpigurasyon nagbunga sa kasagaran nga kusog sa pulso nga 150, 200, ug 260 µJ, matag usa, nga adunay labing taas nga gahum sa peak nga 1.1 TW.

Figure 2. (a) Distribution histogram sa tunga sa gitas-on Full width (FWHM) gidugayon sa pulso; (b) Scatter plot nga katumbas sa peak power ug gidugayon sa pulso

Dugang pa, ang pagtuon usab nakaobserbar sa unang higayon sa panghitabo sa soliton-sama sa superemission sa X-ray band, nga makita ingon nga usa ka padayon nga pulso shortening sa panahon sa amplification. Kini tungod sa usa ka lig-on nga interaksyon tali sa mga electron ug radiation, uban sa kusog nga paspas nga gibalhin gikan sa electron ngadto sa ulo sa X-ray pulse ug balik sa electron gikan sa ikog sa pulso. Pinaagi sa lawom nga pagtuon niini nga panghitabo, gilauman nga ang X-ray pulses nga adunay mas mubo nga gidugayon ug mas taas nga peak power mahimong dugang nga matuman pinaagi sa pagpalapad sa superradiation amplification process ug pagpahimulos sa pulse shortening sa soliton-like mode.