Lazera pulsê ya tîrêjên X a pola TW a atoçirkeyan

Lazera pulsê ya tîrêjên X a pola TW a atoçirkeyan
Tîrêjên X ên Attoçirkeyêlazerê pulsêbi hêza bilind û dema pulsa kurt mifteya bidestxistina spektroskopiya ne-xêzik a ultralez û wênekirina difraksiyona tîrêjên X ne. Tîma lêkolînê li Dewletên Yekbûyî kaskadek ji du qonaxan bikar anîLazerên elektronê yên bê tîrêjên Xji bo derxistina pulsên attoçirkeyên cuda. ​​Li gorî raporên heyî, hêza lûtkeya navînî ya pulsan bi rêzek mezinahî zêde bûye, hêza lûtkeya herî zêde 1.1 TW ye, û enerjiya navîn ji 100 μJ zêdetir e. Lêkolîn her weha delîlên xurt ji bo tevgera supertîrêjiya mîna solîtonê di qada tîrêjên X de peyda dike.Lazerên enerjiya bilindgelek warên nû yên lêkolînê pêş xistine, di nav de fîzîka qada bilind, spektroskopiya attoçirkeyan, û lezkerên perçeyên lazer. Di nav hemî cûreyên lazeran de, tîrêjên X bi berfirehî di teşhîsa bijîşkî, tespîtkirina kêmasiyên pîşesaziyê, vekolîna ewlehiyê û lêkolînên zanistî de têne bikar anîn. Lazera elektrona azad a tîrêjên X (XFEL) dikare hêza tîrêjên X ya lûtkeyê bi çend rêzên mezinahiyê li gorî teknolojiyên din ên hilberîna tîrêjên X zêde bike, bi vî rengî sepandina tîrêjên X li qada spektroskopiya ne-xêzik û wênekirina difraksiyona yek-perçeyî ku hêza bilind hewce ye berfireh dike. XFEL-a attoçirkeyan a serketî ya vê dawiyê di zanist û teknolojiya attoçirkeyan de destkeftiyek mezin e, ku hêza lûtkeyê ya berdest li gorî çavkaniyên tîrêjên X yên ser benchmarkê ji şeş rêzên mezinahiyê zêdetir dike.

Lazerên elektronên azaddikare enerjiyên pulsê yên ku ji asta emîsyona xweber gelek rêzên mezinahî bilindtir in bi karanîna bêîstîqrariya kolektîf, ku ji ber têkiliya domdar a zeviya tîrêjê di tîrêjên elektronê yên rêlatîvîstîk û osîlatora magnetîkî de çêdibe, bi dest bixe. Di rêza tîrêjên X-ê yên hişk de (nêzîkî 0.01 nm heta 0.1 nm dirêjahiya pêlê), FEL bi teknîkên pêçandina pakêtê û konkirina piştî-têrbûnê tê bidestxistin. Di rêza tîrêjên X-ê yên nerm de (nêzîkî 0.1 nm heta 10 nm dirêjahiya pêlê), FEL bi teknolojiya perçekirina teze ya kaskadê tê bicîh kirin. Di demên dawî de, pulsên attoçirkeyê bi hêza lûtkeya 100 GW hatine ragihandin ku bi karanîna rêbaza emîsyona xweber a xwe-zêdekirî ya pêşkeftî (ESASE) têne çêkirin.

Tîma lêkolînê ji bo zêdekirina derana pulsa attoçirkeyê ya nerm a tîrêjên X ji xêzika hevgirtî pergalek amplîfîkasyonê ya du-qonaxî ya li ser bingeha XFEL bikar anî.çavkaniya ronahiyêheta asta TW, başbûnek rêza mezinahî li gorî encamên hatine ragihandin. Sazkirina ceribandinê di Wêne 1 de tê nîşandan. Li ser bingeha rêbaza ESASE, emîtera fotokatodê tê modulkirin da ku tîrêjek elektronê bi lûtkeya herikîna bilind were bidestxistin, û ji bo çêkirina pulsên tîrêjên X ên atoçirkeyan tê bikar anîn. Pulsa destpêkê li qiraxa pêş a lûtkeya tîrêjên elektronê ye, wekî ku di quncika jorîn a çepê ya Wêne 1 de tê xuyang kirin. Dema ku XFEL digihîje têrbûnê, tîrêjên elektronê li gorî tîrêjên X ji hêla kompresorek magnetîkî ve dereng dimînin, û dûv re puls bi tîrêjên elektronê (perçeya teze) re têkilî datîne ku ji hêla modûlasyona ESASE an lazera FEL ve nehatiye guhertin. Di dawiyê de, undulatorek magnetîkî ya duyemîn tê bikar anîn da ku tîrêjên X bi riya têkiliya pulsên atoçirkeyan bi perçeya teze re bêtir zêde bike.

WÊNE 1 Diyagrama cîhaza ceribandinê; Wêne qada qonaxa dirêjahî (dîyagrama dem-enerjiyê ya elektronê, kesk), profîla niha (şîn), û tîrêjê ku ji hêla amplîfîkasyona rêza yekem ve hatî hilberandin (mor) nîşan dide. XTCAV, valahiya transversal a benda X; cVMI, pergala wênekirina nexşeya bilez a koaksiyal; FZP, spektrometreya plakaya benda Fresnel

Hemû pulsên attoçirkeyan ji deng tên çêkirin, ji ber vê yekê her puls xwedî taybetmendiyên spektral û qada demê yên cuda ne, ku lêkolîneran bi hûrgilî lêkolîn kirin. Di warê spektruman de, wan spektrometreyek plakaya bend Fresnel bikar anîn da ku spektrumên pulsên takekesî di dirêjahiyên cuda yên wekhev ên undulator de bipîvin, û dîtin ku van spektruman şiklên pêlên nerm parastine, ku nîşan dide ku puls yekmodal mane. Di qada demê de, frekansa goşeyî tê pîvandin û şiklê pêlên qada demê ya pulsê tê taybetmendîkirin. Wekî ku di Şekil 1 de tê xuyang kirin, pulsa tîrêjên X bi pulsa lazerê ya înfrared a bi polarîzasyona dorhêlî ve li hev tê. Fotoelektronên ku ji hêla pulsa tîrêjên X ve têne iyonîzekirin dê xêzan di rêça berevajî potansiyela vektor a lazerê înfrared de çêbikin. Ji ber ku qada elektrîkê ya lazerê bi demê re dizivire, belavkirina momentuma fotoelektronê bi dema derxistina elektronê ve tê destnîşankirin, û têkiliya di navbera moda goşeyî ya dema derxistinê û belavkirina momentuma fotoelektronê de tê saz kirin. Belavkirina momentuma fotoelektronê bi karanîna spektrometreyek wênekêşiya nexşeya bilez a koaksiyal tê pîvandin. Li gorî encamên belavkirin û spektral, şêweya pêla domaina demê ya pulsên atosaniye dikare ji nû ve were çêkirin. Wêne 2 (a) belavkirina dema pulsê nîşan dide, bi navînek 440 as. Di dawiyê de, detektora çavdêriya gazê ji bo pîvandina enerjiya pulsê hate bikar anîn, û nexşeya belavbûnê di navbera hêza pulsa lûtkeyê û dema pulsê de wekî ku di Wêne 2 (b) de tê xuyang kirin hate hesab kirin. Sê konfigurasyon li gorî şert û mercên cûda yên fokuskirina tîrêjên elektronan, şert û mercên konkirina waver û şert û mercên derengketina kompresora magnetîkî ne. Sê konfigurasyonan enerjiyên pulsê yên navînî yên 150, 200, û 260 µJ, bi rêzê ve, bi hêza lûtkeya herî zêde 1.1 TW dan.

Wêne 2. (a) Hîstografa belavkirinê ya nîv-bilindahî û firehiya tevahî (FWHM); (b) Nexşeya belavbûnê ya ku bi hêza lûtkeyê û dema pulsê re têkildar e

Herwiha, di vê lêkolînê de cara yekem diyardeya derketina super a mîna solîtonê di benda tîrêjên X de hate dîtin, ku wekî kurtbûna pulsê ya berdewam di dema amplîfîkasyonê de xuya dike. Ew ji ber têkiliyek xurt di navbera elektron û tîrêjê de çêdibe, ku enerjî bi lez ji elektronê ber bi serê pulsa tîrêjên X ve û ji dûvika pulsê vedigere elektronê. Bi lêkolînek kûr a vê diyardeyê, tê çaverêkirin ku pulsên tîrêjên X bi demkurttir û hêza lûtkeya bilindtir bi dirêjkirina pêvajoya amplîfîkasyona supertîrêjê û sûdwergirtina ji kurtbûna pulsê di moda mîna solîtonê de bêtir werin pêkanîn.