TW nga klase sa attosecond X-ray pulse laser

TW nga klase sa attosecond X-ray pulse laser
Attosecond X-raypulso nga lasernga adunay taas nga gahum ug mubo nga pulse duration mao ang yawe aron makab-ot ang ultrafast nonlinear spectroscopy ug X-ray diffraction imaging. Ang research team sa Estados Unidos migamit og cascade sa duha ka yugtoMga laser nga walay elektron nga X-rayaron mo-output og discrete attosecond pulses. Kon itandi sa kasamtangang mga report, ang average peak power sa mga pulses nadugangan og usa ka order of magnitude, ang maximum peak power kay 1.1 TW, ug ang median energy kay labaw sa 100 μJ. Ang pagtuon naghatag usab og lig-on nga ebidensya para sa soliton-like superradiation behavior sa X-ray field.Mga laser nga taas og enerhiyanakadala ug daghang bag-ong mga natad sa panukiduki, lakip ang high-field physics, attosecond spectroscopy, ug laser particle accelerators. Taliwala sa tanang matang sa laser, ang X-ray kaylap nga gigamit sa medikal nga pagdayagnos, pag-ila sa mga depekto sa industriya, inspeksyon sa kaluwasan ug siyentipikong panukiduki. Ang X-ray free-electron laser (XFEL) makadugang sa peak X-ray power sa pipila ka order sa magnitude kon itandi sa ubang mga teknolohiya sa pagmugna og X-ray, sa ingon nagpalapad sa aplikasyon 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 science ug teknolohiya, nga nagdugang sa magamit nga peak power sa labaw sa unom ka order sa magnitude kon itandi sa benchtop X-ray sources.

Libre nga mga laser sa elektronmakakuha og pulse energies nga daghang order sa magnitude nga mas taas kay sa spontaneous emission level gamit ang collective instability, nga gipahinabo sa padayon nga interaksyon sa radiation field sa relativistic electron beam ug sa 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 soft X-ray range (mga 0.1 nm hangtod 10 nm wavelength), ang FEL gipatuman pinaagi sa cascade fresh-slice technology. Bag-ohay lang, ang attosecond pulses nga adunay peak power nga 100 GW gitaho nga namugna gamit ang enhanced self-amplified spontaneous emission (ESASE) nga pamaagi.

Ang research team migamit og two-stage amplification system nga gibase sa XFEL aron mapadako ang soft X-ray attosecond pulse output gikan sa linac coherent.tinubdan sa kahayagngadto sa lebel sa TW, usa ka order sa magnitude nga pag-uswag kon itandi sa gitaho nga mga resulta. Ang experimental setup gipakita sa Figure 1. Base sa pamaagi sa ESASE, ang photocathode emitter gi-modulate aron makakuha og electron beam nga adunay taas nga current spike, ug gigamit aron makamugna og attosecond X-ray pulses. Ang inisyal nga pulse nahimutang sa atubangan nga ngilit sa spike sa electron beam, sama sa gipakita sa ibabaw nga wala nga suok sa Figure 1. Kung ang XFEL makaabot sa saturation, ang electron beam malangan kalabot sa X-ray pinaagi sa magnetic compressor, ug dayon ang pulse makig-interact sa electron beam (preskong slice) nga wala mausab sa ESASE modulation o FEL laser. Sa katapusan, usa ka ikaduhang magnetic undulator ang gigamit aron dugang nga mapadako ang X-ray pinaagi sa interaksyon sa attosecond pulses sa bag-ong slice.

FIG. 1 Dayagram sa eksperimental nga aparato; Ang ilustrasyon nagpakita sa longitudinal phase space (time-energy diagram sa electron, berde), ang current profile (asul), ug ang radiation nga gihimo sa first-order amplification (purpura). XTCAV, X-band transverse cavity; cVMI, coaxial rapid mapping imaging system; FZP, Fresnel band plate spectrometer

Ang tanang attosecond pulses gihimo gikan sa noise, busa ang matag pulse adunay lain-laing spectral ug time-domain properties, nga gisusi sa mga tigdukiduki sa mas detalyado. Mahitungod sa spectra, migamit sila og Fresnel band plate spectrometer aron masukod ang spectra sa indibidwal nga mga pulse sa lain-laing katumbas nga undulator lengths, ug nakit-an nga kini nga mga spectra nagpabilin nga hapsay nga mga waveform bisan human sa secondary amplification, nga nagpakita nga ang mga pulse nagpabilin nga unimodal. Sa time domain, ang angular fringe gisukod ug ang time domain waveform sa pulse gihulagway. Sama sa gipakita sa Figure 1, ang X-ray pulse gisapaw sa circularly polarized infrared laser pulse. Ang mga photoelectron nga gi-ionize sa X-ray pulse mopatungha og mga streak sa direksyon nga sukwahi sa vector potential sa infrared laser. Tungod kay ang electric field sa laser mo-rotate uban sa oras, ang momentum distribution sa photoelectron gitino sa oras sa electron emission, ug ang relasyon tali sa angular mode sa emission time ug sa momentum distribution sa photoelectron natukod. Ang distribution sa photoelectron momentum gisukod gamit ang coaxial fast mapping imaging spectrometer. Base sa distribution ug spectral results, ang time-domain waveform sa attosecond pulses mahimong ma-reconstruct. Ang Figure 2 (a) nagpakita sa distribution sa pulse duration, nga adunay median nga 440 as. Sa katapusan, ang gas monitoring detector gigamit sa pagsukod sa pulse energy, ug ang scatter plot tali sa peak pulse power ug sa pulse duration sama sa gipakita sa Figure 2 (b) gikalkulo. Ang tulo ka configuration katumbas sa lain-laing electron beam focusing conditions, waver coning conditions ug magnetic compressor delay conditions. Ang tulo ka configuration naghatag og average pulse energies nga 150, 200, ug 260 µJ, matag usa, nga adunay maximum peak power nga 1.1 TW.

Hulagway 2. (a) Histogram sa distribusyon sa katunga sa gitas-on sa Tibuok gilapdon (FWHM) nga gidugayon sa pulso; (b) Scatter plot nga katumbas sa peak power ug gidugayon sa pulso

Dugang pa, naobserbahan usab sa pagtuon sa unang higayon ang panghitabo sa soliton-like superemission sa X-ray band, nga makita isip padayon nga pagmubo sa pulso atol sa amplification. Kini gipahinabo sa kusog nga interaksyon tali sa mga electron ug radiation, diin ang enerhiya 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 mga X-ray pulse nga adunay mas mubo nga gidugayon ug mas taas nga peak power mahimong mas matuman pinaagi sa pagpalapad sa proseso sa superradiation amplification ug pagpahimulos sa pulse shortening sa soliton-like mode.