TW 클래스 Attosecond x-ray 펄스 레이저

TW 클래스 Attosecond x-ray 펄스 레이저
Attosecond x-ray맥박 레이저높은 전력 및 짧은 맥박 지속 시간은 초고속 비선형 분광법 및 X- 선 회절 영상화를 달성하기위한 열쇠입니다. 미국의 연구팀은 2 단계의 캐스케이드를 사용했습니다.X- 선이없는 전자 레이저개별 Attosecond 펄스를 출력합니다. 기존 보고서와 비교할 때 펄스의 평균 피크 전력은 크기만큼 증가하고 최대 피크 전력은 1.1 TW이며 중간 에너지는 100 μJ 이상입니다. 이 연구는 또한 X- 레이 필드에서 Soliton-like superradiation 거동에 대한 강력한 증거를 제공합니다.고 에너지 레이저고 필드 물리학, 정속 분광학 및 레이저 입자 가속기를 포함한 많은 새로운 연구 분야를 주도했습니다. 모든 종류의 레이저 중에서 X- 레이는 의료 진단, 산업 결함 탐지, 안전 검사 및 과학 연구에 널리 사용됩니다. XFEL (X-Ray Free-Electron Laser)은 다른 X- 선 생성 기술에 비해 피크 X- 선 전력을 몇 배씩 증가시켜 X- 레이의 적용을 비선형 분광학 및 단일 입자 회절 이미징으로 확장 할 수 있습니다. 최근의 성공적인 Attosecond Xfel은 Attosecond Science and Technology의 주요 성과로 벤치 탑 X- 선 소스와 비교하여 가용 피크 전력을 6 배 이상 증가시킵니다.

자유 전자 레이저펄스 에너지를 얻을 수 있으며, 상대 론적 전자 빔과 자기 발진기에서 방사선 필드의 연속 상호 작용에 의해 야기 된 집단 불안정성을 사용하여 자발적 방출 수준보다 많은 순서가 높아질 수 있습니다. 단단한 X- 선 범위 (약 0.01 nm ~ 0.1 nm 파장)에서, 번들 압축 및 산만 후 원뿔형 기술에 의해 FEL이 달성된다. 소프트 X- 선 범위 (약 0.1 nm ~ 10 nm 파장)에서 FEL은 Cascade Fresh-Slice 기술에 의해 구현됩니다. 최근에, 100GW의 피크 전력을 갖는 Attosecond 펄스는 ESASE (Esase) 자발적 방출 (ESASE) 방법을 사용하여 생성되는 것으로보고되었다.

연구팀은 XFEL을 기반으로 2 단계 증폭 시스템을 사용하여 Linac Coherent로부터 소프트 X- 선 Attosecond 펄스 출력을 증폭시켰다.광원TW 수준으로,보고 된 결과에 비해 크기 개선이 개선되었습니다. 실험 설정은도 1에 나와있다. ESASE 방법에 기초하여, 광 전류 이미 터는 고전류 스파이크가있는 전자 빔을 얻기 위해 변조되며, X- 선 펄스를 생성하는데 사용된다. 초기 펄스는도 1의 왼쪽 상단 모서리에 도시 된 바와 같이, 전자 빔의 스파이크의 전면 가장자리에 위치한다. 마지막으로, 제 2 자기 undulatter는 신선한 슬라이스와 아토 초 펄스의 상호 작용을 통해 X- 레이를 추가로 증폭시키는 데 사용된다.

무화과. 1 실험 장치 다이어그램; 그림은 세로 위상 공간 (전자의 시간 에너지 다이어그램, 녹색), 현재 프로파일 (파란색) 및 1 차 증폭 (보라색)에 의해 생성 된 방사선을 보여줍니다. XTCAV, X- 밴드 횡 방향 캐비티; CVMI, 동축 빠른 매핑 이미징 시스템; FZP, 프레 넬 밴드 플레이트 분광계

모든 Attosecond 펄스는 노이즈로 구축되므로 각 펄스는 다른 스펙트럼 및 시간 도메인 특성을 가지고 있으며, 연구원들은보다 자세히 탐구했습니다. 스펙트럼의 관점에서, 그들은 다른 등가 비전기 길이에서 개별 펄스의 스펙트럼을 측정하기 위해 프레 넬 밴드 플레이트 분광계를 사용했으며, 이들 스펙트럼은 2 차 증폭 후에도 부드러운 파형을 유지하여 펄스가 비균적인 상태로 유지됨을 발견했다. 시간 영역에서, 각도 프린지가 측정되고 펄스의 시간 도메인 파형이 특성화된다. 도 1에 도시 된 바와 같이, X- 선 펄스는 원형 편광 적외선 레이저 펄스와 겹친다. X- 선 펄스에 의해 이온화 된 광전자는 적외선 레이저의 벡터 전위와 반대 방향으로 줄무늬를 생성 할 것이다. 레이저의 전기장은 시간이 지남에 따라 회전하기 때문에, 광전자의 운동량 분포는 전자 방출 시간에 의해 결정되며, 방출 시간의 각도 모드와 광전자의 운동량 분포 사이의 관계가 확립된다. 광전자 운동량의 분포는 동축 빠른 맵핑 이미징 분광기를 사용하여 측정됩니다. 분포 및 스펙트럼 결과에 기초하여, Attosecond 펄스의 시간 도메인 파형을 재구성 할 수 있습니다. 그림 2 (a)는 중앙값이 440 인 펄스 지속 시간의 분포를 보여줍니다. 마지막으로, 가스 모니터링 검출기를 사용하여 펄스 에너지를 측정하고,도 2 (b)에 도시 된 바와 같이 피크 펄스 전력과 펄스 지속 시간 사이의 산점도를 계산 하였다. 세 가지 구성은 상이한 전자 빔 포커싱 조건, 웨이버 콘링 조건 및 자기 압축기 지연 조건에 해당한다. 3 개의 구성은 각각 150, 200 및 260 µJ의 평균 펄스 에너지를 생성했으며, 최대 피크 전력은 1.1 TW입니다.

도 2. (a) 반 높이 전체 너비 (FWHM) 펄스 지속 시간의 분포 히스토그램; (b) 피크 파워 및 펄스 지속 시간에 해당하는 산란 플롯

또한,이 연구는 또한 X- 선 밴드에서 Soliton-like superemission의 현상이 처음으로 관찰되었으며, 이는 증폭 동안 연속적인 펄스 단축으로 보인다. 전자와 방사선 사이의 강한 상호 작용에 의해 발생하며, 에너지는 전자에서 X- 선 펄스의 헤드로 빠르게 전달되고 펄스의 꼬리로부터 전자로 돌아갑니다. 이 현상에 대한 심층적 인 연구를 통해, 지속 시간이 짧고 피크 전력이 더 높은 X- 선 펄스는 과산화 증폭 공정을 확장하고 Soliton- 유사 모드에서 펄스 단축을 이용함으로써 더욱 실현 될 것으로 예상된다.