TW flokki attosecond röntgenpúlsleysir

TW flokki attosecond röntgenpúlsleysir
Attosecond röntgenmyndpúls leysirmeð miklum krafti og stuttri púlslengd eru lykillinn að því að ná fram ofurhröðri ólínulegri litrófsgreiningu og röntgengeislun. Rannsóknarteymið í Bandaríkjunum notaði tveggja þrepa fossRöntgenlausir rafeindaleysirtil að gefa út staka attósekúndu púlsa. Í samanburði við núverandi skýrslur er meðaltoppsafl púlsanna aukið um stærðargráðu, hámarksafl er 1,1 TW og miðgildi orkunnar er meira en 100 μJ. Rannsóknin gefur einnig sterkar vísbendingar um sóliton-líka ofurgeislun á röntgensviðinu.Háorku leysirhafa knúið áfram mörg ný svið rannsókna, þar á meðal hásviðs eðlisfræði, attósekúndu litrófsgreiningu og leysikornahraðlar. Meðal alls kyns leysigeisla eru röntgengeislar mikið notaðir við læknisfræðilega greiningu, greiningu iðnaðargalla, öryggisskoðun og vísindarannsóknir. Röntgengeislaleysir með lausum rafeindum (XFEL) getur aukið hámarks röntgengeislaaflið um nokkrar stærðargráður samanborið við aðra röntgengeislaframleiðslutækni og þannig útvíkkað beitingu röntgengeisla á sviði ólínulegrar litrófsgreiningar og ein- agnabrotsmyndgreining þar sem mikils afls er krafist. Nýlega vel heppnuð attosecond XFEL er stórt afrek í attosecond vísindum og tækni, sem eykur tiltækan hámarksafl um meira en sex stærðargráður samanborið við röntgengeislagjafa.

Ókeypis rafeindaleysirgetur fengið púlsorku sem er mörgum stærðargráðum hærri en sjálfsprottinn losunarstig með því að nota sameiginlegan óstöðugleika, sem stafar af stöðugu samspili geislasviðsins í afstæðisfræðilega rafeindageislanum og segulsveiflunum. Á hörðu röntgensviðinu (um 0,01 nm til 0,1 nm bylgjulengd) er FEL náð með búntþjöppun og keilutækni eftir mettun. Á mjúku röntgensviðinu (um 0,1 nm til 10 nm bylgjulengd) er FEL útfært með fossa ferskum sneiðartækni. Nýlega hefur verið greint frá því að attósekúndupúlsar með hámarksafli upp á 100 GW séu framleiddir með ESASE-aðferðinni.

Rannsóknarteymið notaði tveggja þrepa mögnunarkerfi byggt á XFEL til að magna mjúkan röntgengeisla-attosecond-púlsútgang frá linac coherentljósgjafatil TW-stigsins, stærðarbreytingar miðað við tilkynntar niðurstöður. Tilraunauppsetningin er sýnd á mynd 1. Byggt á ESASE aðferðinni er ljósskautsgeislinn mótaður til að fá rafeindageisla með háum straumsdælu og er notaður til að búa til attosecond röntgenpúlsa. Upphafspúlsinn er staðsettur á frambrún topps rafeindageislans, eins og sýnt er í efra vinstra horni myndar 1. Þegar XFEL nær mettun seinkar rafeindageislanum miðað við röntgengeislann með segulþjöppu, og þá hefur púlsinn víxlverkun við rafeindageislann (fersk sneið) sem er ekki breytt með ESASE mótuninni eða FEL leysinum. Að lokum er annar segulmagnaður bylgjafi notaður til að magna frekar upp röntgengeislana með samspili attósekúndupúlsa við ferska sneiðina.

MYND. 1 skýringarmynd tilraunatækis; Myndin sýnir lengdarfasarúmið (tíma-orku skýringarmynd rafeindarinnar, grænt), straumsniðið (blát) og geislunina sem myndast við fyrstu gráðu mögnun (fjólublá). XTCAV, X-band þverhola; cVMI, koaxial hraðkortamyndakerfi; FZP, Fresnel band plötulitrófsmælir

Allir attosecond púlsar eru byggðir úr hávaða, þannig að hver púls hefur mismunandi litrófs- og tímalénaeiginleika, sem rannsakendur könnuðu nánar. Hvað litróf varðar, notuðu þeir Fresnel band plöturófmæli til að mæla litróf einstakra púlsa á mismunandi jafngildum bylgjulengdum, og komust að því að þessi litróf héldu sléttum bylgjuformum jafnvel eftir auka mögnun, sem gefur til kynna að púlsarnir haldist ómótaðir. Í tímasviðinu er hyrndur brún mældur og tímasviðsbylgjuform púlsins einkennist. Eins og sýnt er á mynd 1, skarast röntgenpúlsinn við hringskautaða innrauða leysipúlsinn. Ljóseindirnar sem jónast af röntgenpúlsinum munu framleiða rákir í áttina sem er andstæða vigurmöguleika innrauða leysisins. Vegna þess að rafsvið leysisins snýst með tímanum er skriðþunga dreifing ljósrafeindarinnar ákvörðuð af tíma rafeindalosunar og sambandið á milli hornahams losunartímans og skriðþunga dreifingar ljósrafeindarinnar er komið á. Dreifing skriðþunga ljósrafeinda er mæld með því að nota coaxial hraða kortlagningarmyndgreiningarrófsmæli. Byggt á dreifingu og litrófsniðurstöðum er hægt að endurgera tímasviðsbylgjuform attósekúndupúlsa. Mynd 2 (a) sýnir dreifingu púlslengdar, með miðgildi 440 sem. Að lokum var gasvöktunarskynjarinn notaður til að mæla púlsorkuna og dreifingarmyndin milli hámarks púlsafls og lengd púls eins og sýnt er á mynd 2 (b) var reiknaður út. Stillingarnar þrjár samsvara mismunandi fókusskilyrðum rafgeisla, bylgjukeiluskilyrðum og tafaskilyrðum segulþjöppu. Stillingarnar þrjár gáfu meðalpúlsorku upp á 150, 200 og 260 µJ, í sömu röð, með hámarks hámarksafli 1,1 TW.

Mynd 2. (a) Dreifingarstuðurit af hálfhæð Púlslengd í fullri breidd (FWHM); (b) Dreifingarrit sem samsvarar hámarksafli og lengd púls

Að auki sá rannsóknin einnig í fyrsta skipti fyrirbæri eins og eintóma útstreymi í röntgenbandinu, sem birtist sem samfelld stytting á púls meðan á mögnun stendur. Það stafar af sterku samspili rafeinda og geislunar, þar sem orka flyst hratt frá rafeindinni í höfuð röntgenpúlsins og aftur til rafeindarinnar frá hala púlsins. Með ítarlegri rannsókn á þessu fyrirbæri er búist við því að röntgenpúlsar með styttri tímalengd og hærra hámarksafli geti orðið að veruleika frekar með því að lengja ofurgeislunarmögnunarferlið og nýta púlsstyttinguna í soliton-líkum ham.