TW क्लास एटोसेकंड एक्स-रे पल्स लेजर

TW क्लास एटोसेकंड एक्स-रे पल्स लेजर
एटोसेकंड एक्स-रेपल्स लेजरउच्च शक्ति और छोटी पल्स अवधि के साथ अल्ट्राफास्ट नॉनलाइनियर स्पेक्ट्रोस्कोपी और एक्स-रे विवर्तन इमेजिंग प्राप्त करने की कुंजी है। संयुक्त राज्य अमेरिका में शोध दल ने दो चरणों वाले कैस्केड का उपयोग कियाएक्स-रे मुक्त इलेक्ट्रॉन लेजरअसतत एटोसेकंड दालों को आउटपुट करने के लिए। मौजूदा रिपोर्टों की तुलना में, दालों की औसत शिखर शक्ति परिमाण के क्रम से बढ़ जाती है, अधिकतम शिखर शक्ति 1.1 TW है, और औसत ऊर्जा 100 μJ से अधिक है। अध्ययन एक्स-रे क्षेत्र में सॉलिटॉन जैसे सुपररेडिएशन व्यवहार के लिए भी मजबूत सबूत प्रदान करता है।उच्च-ऊर्जा लेजरउच्च-क्षेत्र भौतिकी, एटोसेकंड स्पेक्ट्रोस्कोपी और लेजर कण त्वरक सहित अनुसंधान के कई नए क्षेत्रों को प्रेरित किया है। सभी प्रकार के लेज़रों में, एक्स-रे का व्यापक रूप से चिकित्सा निदान, औद्योगिक दोष का पता लगाने, सुरक्षा निरीक्षण और वैज्ञानिक अनुसंधान में उपयोग किया जाता है। एक्स-रे मुक्त-इलेक्ट्रॉन लेजर (एक्सएफईएल) अन्य एक्स-रे पीढ़ी प्रौद्योगिकियों की तुलना में चरम एक्स-रे शक्ति को परिमाण के कई आदेशों तक बढ़ा सकता है, इस प्रकार एक्स-रे के अनुप्रयोग को नॉनलाइनियर स्पेक्ट्रोस्कोपी और एकल के क्षेत्र में विस्तारित कर सकता है। कण विवर्तन इमेजिंग जहां उच्च शक्ति की आवश्यकता होती है। हाल ही में सफल एटोसेकंड एक्सएफईएल एटोसेकंड विज्ञान और प्रौद्योगिकी में एक बड़ी उपलब्धि है, जो बेंचटॉप एक्स-रे स्रोतों की तुलना में उपलब्ध चरम शक्ति को परिमाण के छह ऑर्डर से अधिक बढ़ा देता है।

मुफ़्त इलेक्ट्रॉन लेज़रसामूहिक अस्थिरता का उपयोग करके सहज उत्सर्जन स्तर से अधिक परिमाण के कई आदेशों की पल्स ऊर्जा प्राप्त कर सकते हैं, जो कि सापेक्ष इलेक्ट्रॉन किरण और चुंबकीय थरथरानवाला में विकिरण क्षेत्र की निरंतर बातचीत के कारण होता है। हार्ड एक्स-रे रेंज (लगभग 0.01 एनएम से 0.1 एनएम तरंग दैर्ध्य) में, एफईएल को बंडल संपीड़न और पोस्ट-संतृप्ति कोनिंग तकनीकों द्वारा प्राप्त किया जाता है। सॉफ्ट एक्स-रे रेंज (लगभग 0.1 एनएम से 10 एनएम तरंग दैर्ध्य) में, एफईएल को कैस्केड फ्रेश-स्लाइस तकनीक द्वारा कार्यान्वित किया जाता है। हाल ही में, 100 गीगावॉट की अधिकतम शक्ति वाले एटोसेकंड पल्स को उन्नत स्व-प्रवर्धित सहज उत्सर्जन (ईएसएएसई) विधि का उपयोग करके उत्पन्न किए जाने की सूचना मिली है।

शोध दल ने लिनाक सुसंगत से नरम एक्स-रे एटोसेकंड पल्स आउटपुट को बढ़ाने के लिए एक्सएफईएल पर आधारित दो-चरण प्रवर्धन प्रणाली का उपयोग किया।प्रकाश स्रोतTW स्तर तक, रिपोर्ट किए गए परिणामों की तुलना में परिमाण में सुधार का क्रम। प्रयोगात्मक सेटअप चित्र 1 में दिखाया गया है। ईएसएएसई विधि के आधार पर, फोटोकैथोड एमिटर को उच्च वर्तमान स्पाइक के साथ एक इलेक्ट्रॉन बीम प्राप्त करने के लिए मॉड्यूलेट किया जाता है, और एटोसेकंड एक्स-रे पल्स उत्पन्न करने के लिए उपयोग किया जाता है। प्रारंभिक पल्स इलेक्ट्रॉन बीम के स्पाइक के सामने किनारे पर स्थित है, जैसा कि चित्र 1 के ऊपरी बाएं कोने में दिखाया गया है। जब एक्सएफईएल संतृप्ति तक पहुंचता है, तो इलेक्ट्रॉन बीम एक चुंबकीय कंप्रेसर द्वारा एक्स-रे के सापेक्ष विलंबित होता है, और फिर पल्स इलेक्ट्रॉन बीम (ताजा स्लाइस) के साथ इंटरैक्ट करता है जिसे ईएसएएसई मॉड्यूलेशन या एफईएल लेजर द्वारा संशोधित नहीं किया जाता है। अंत में, ताजा स्लाइस के साथ एटोसेकंड पल्स की बातचीत के माध्यम से एक्स-रे को और अधिक बढ़ाने के लिए एक दूसरे चुंबकीय तरंगिका का उपयोग किया जाता है।

अंजीर। 1 प्रायोगिक उपकरण आरेख; चित्रण अनुदैर्ध्य चरण स्थान (इलेक्ट्रॉन का समय-ऊर्जा आरेख, हरा), वर्तमान प्रोफ़ाइल (नीला), और प्रथम-क्रम प्रवर्धन (बैंगनी) द्वारा उत्पादित विकिरण को दर्शाता है। एक्सटीसीएवी, एक्स-बैंड अनुप्रस्थ गुहा; सीवीएमआई, समाक्षीय रैपिड मैपिंग इमेजिंग सिस्टम; एफजेडपी, फ्रेस्नेल बैंड प्लेट स्पेक्ट्रोमीटर

सभी एटोसेकंड पल्स शोर से निर्मित होते हैं, इसलिए प्रत्येक पल्स में अलग-अलग वर्णक्रमीय और समय-डोमेन गुण होते हैं, जिसे शोधकर्ताओं ने अधिक विस्तार से खोजा है। स्पेक्ट्रा के संदर्भ में, उन्होंने अलग-अलग समतुल्य तरंगिका लंबाई पर अलग-अलग दालों के स्पेक्ट्रा को मापने के लिए एक फ्रेस्नेल बैंड प्लेट स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग किया, और पाया कि ये स्पेक्ट्रा माध्यमिक प्रवर्धन के बाद भी चिकनी तरंगों को बनाए रखते हैं, जो दर्शाता है कि दालें यूनिमॉडल बनी हुई हैं। टाइम डोमेन में, कोणीय फ्रिंज को मापा जाता है और पल्स के टाइम डोमेन तरंगरूप की विशेषता बताई जाती है। जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है, एक्स-रे पल्स गोलाकार ध्रुवीकृत अवरक्त लेजर पल्स के साथ ओवरलैप होता है। एक्स-रे पल्स द्वारा आयनित फोटोइलेक्ट्रॉन इन्फ्रारेड लेजर की वेक्टर क्षमता के विपरीत दिशा में धारियाँ उत्पन्न करेंगे। क्योंकि लेजर का विद्युत क्षेत्र समय के साथ घूमता है, फोटोइलेक्ट्रॉन का संवेग वितरण इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन के समय से निर्धारित होता है, और उत्सर्जन समय के कोणीय मोड और फोटोइलेक्ट्रॉन के संवेग वितरण के बीच संबंध स्थापित होता है। फोटोइलेक्ट्रॉन गति का वितरण एक समाक्षीय फास्ट मैपिंग इमेजिंग स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग करके मापा जाता है। वितरण और वर्णक्रमीय परिणामों के आधार पर, एटोसेकंड दालों के समय-डोमेन तरंग का पुनर्निर्माण किया जा सकता है। चित्र 2 (ए) 440 के माध्य के साथ पल्स अवधि के वितरण को दर्शाता है। अंत में, गैस मॉनिटरिंग डिटेक्टर का उपयोग पल्स ऊर्जा को मापने के लिए किया गया था, और पीक पल्स पावर और पल्स अवधि के बीच स्कैटर प्लॉट की गणना की गई थी जैसा कि चित्र 2 (बी) में दिखाया गया है। तीन विन्यास अलग-अलग इलेक्ट्रॉन बीम फोकसिंग स्थितियों, वेवर कोनिंग स्थितियों और चुंबकीय कंप्रेसर विलंब स्थितियों के अनुरूप हैं। तीन विन्यासों से क्रमशः 150, 200 और 260 µJ की औसत पल्स ऊर्जा प्राप्त हुई, जिसकी अधिकतम शिखर शक्ति 1.1 TW थी।

चित्र 2. (ए) आधी ऊंचाई पूर्ण चौड़ाई (एफडब्ल्यूएचएम) पल्स अवधि का वितरण हिस्टोग्राम; (बी) चरम शक्ति और पल्स अवधि के अनुरूप स्कैटर प्लॉट

इसके अलावा, अध्ययन में पहली बार एक्स-रे बैंड में सॉलिटॉन-जैसे सुपरएमिशन की घटना भी देखी गई, जो प्रवर्धन के दौरान निरंतर पल्स शॉर्टिंग के रूप में प्रकट होती है। यह इलेक्ट्रॉनों और विकिरण के बीच एक मजबूत अंतःक्रिया के कारण होता है, जिसमें ऊर्जा तेजी से इलेक्ट्रॉन से एक्स-रे पल्स के शीर्ष तक और वापस पल्स की पूंछ से इलेक्ट्रॉन में स्थानांतरित हो जाती है। इस घटना के गहन अध्ययन के माध्यम से, यह उम्मीद की जाती है कि कम अवधि और उच्च शिखर शक्ति वाले एक्स-रे पल्स को सुपररेडिएशन प्रवर्धन प्रक्रिया का विस्तार करके और सॉलिटॉन-जैसे मोड में पल्स शॉर्टिंग का लाभ उठाकर आगे महसूस किया जा सकता है।