TW क्लास एटोसेकंड एक्स-रे पल्स लेजर

TW क्लास एटोसेकंड एक्स-रे पल्स लेजर
अटोसकंड एक्स-रेपल्स लेजरउच्च शक्ति और छोटी नाड़ी की अवधि के साथ अल्ट्राफास्ट नॉनलाइनियर स्पेक्ट्रोस्कोपी और एक्स-रे विवर्तन इमेजिंग को प्राप्त करने की कुंजी है। संयुक्त राज्य अमेरिका में अनुसंधान टीम ने दो-चरण के एक झरने का इस्तेमाल कियाएक्स-रे फ्री इलेक्ट्रॉन लेजरअसतत अटॉसेकंड दालों को आउटपुट करने के लिए। मौजूदा रिपोर्टों की तुलना में, दालों की औसत शिखर शक्ति को परिमाण के एक क्रम से बढ़ाया जाता है, अधिकतम शिखर शक्ति 1.1 TW है, और औसत ऊर्जा 100 μJ से अधिक है। अध्ययन एक्स-रे क्षेत्र में सोलिटॉन-जैसे सुपरराइडिएशन व्यवहार के लिए मजबूत सबूत भी प्रदान करता है।उच्च ऊर्जा लेजरअनुसंधान के कई नए क्षेत्रों को संचालित किया है, जिसमें उच्च-क्षेत्र भौतिकी, एटोसेकंड स्पेक्ट्रोस्कोपी और लेजर कण त्वरक शामिल हैं। 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 फ्री-इलेक्ट्रॉन लेजर (XFEL) अन्य एक्स-रे पीढ़ी प्रौद्योगिकियों की तुलना में परिमाण के कई आदेशों द्वारा पीक एक्स-रे शक्ति को बढ़ा सकता है, इस प्रकार एक्स-रे के आवेदन को नॉनलाइन स्पेक्ट्रोस्कोपी और एकल-कण विवर्तन इमेजिंग के क्षेत्र में विस्तारित करता है जहां उच्च शक्ति की आवश्यकता होती है। हाल ही में सफल AttoSecond XFEL AttoSecond विज्ञान और प्रौद्योगिकी में एक बड़ी उपलब्धि है, जो बेंचटॉप एक्स-रे स्रोतों की तुलना में उपलब्ध शिखर शक्ति को छह से अधिक आदेशों से बढ़ाता है।

मुक्त इलेक्ट्रॉन लेजरपल्स ऊर्जा प्राप्त कर सकते हैं, सामूहिक अस्थिरता का उपयोग करके सहज उत्सर्जन स्तर की तुलना में अधिक परिमाण के कई आदेश, जो कि रिलेटिविस्टिक इलेक्ट्रॉन बीम और चुंबकीय ऑसिलेटर 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, फेल 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, फेल को कैस्केड फ्रेश-स्लाइस तकनीक द्वारा लागू किया जाता है। हाल ही में, 100 GW की शिखर शक्ति के साथ Attosecond दालों को बढ़ाया स्व-प्रवर्धित सहज उत्सर्जन (ESASE) विधि का उपयोग करके उत्पन्न किया गया है।

अनुसंधान टीम ने XFEL पर आधारित एक दो-चरण प्रवर्धन प्रणाली का उपयोग किया, जो कि Linac सुसंगत से सॉफ्ट एक्स-रे एटोसेकंड पल्स आउटपुट को बढ़ाने के लिए थाप्रकाश स्रोतTW स्तर तक, रिपोर्ट किए गए परिणामों पर परिमाण में सुधार का एक आदेश। प्रायोगिक सेटअप को चित्र 1 में दिखाया गया है। एसेस विधि के आधार पर, फोटोकैथोड एमिटर को एक उच्च वर्तमान स्पाइक के साथ एक इलेक्ट्रॉन बीम प्राप्त करने के लिए संशोधित किया जाता है, और इसका उपयोग एटोसेकंड एक्स-रे दालों को उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। प्रारंभिक पल्स इलेक्ट्रॉन बीम के स्पाइक के सामने के किनारे पर स्थित है, जैसा कि चित्र 1 के ऊपरी बाएं कोने में दिखाया गया है। जब XFEL संतृप्ति तक पहुंचता है, तो इलेक्ट्रॉन बीम को एक चुंबकीय कंप्रेसर द्वारा एक्स-रे के सापेक्ष देरी होती है, और फिर पल्स इलेक्ट्रॉन बीम (ताजा स्लाइस) के साथ बातचीत करता है जो कि एसेस मॉडुलन या फेलो द्वारा संशोधित नहीं होता है। अंत में, एक दूसरे चुंबकीय undulator का उपयोग ताजा स्लाइस के साथ एटोसेकंड दालों की बातचीत के माध्यम से एक्स-रे को आगे बढ़ाने के लिए किया जाता है।

अंजीर। 1 प्रयोगात्मक 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। XTCAV, एक्स-बैंड ट्रांसवर्स कैविटी; CVMI, कोक्सिअल रैपिड मैपिंग इमेजिंग सिस्टम; FZP, Fresnel बैंड प्लेट स्पेक्ट्रोमीटर

सभी एटॉसेकंड दालों को शोर से बनाया जाता है, इसलिए प्रत्येक पल्स में अलग-अलग वर्णक्रमीय और समय-डोमेन गुण होते हैं, जिसे शोधकर्ताओं ने अधिक विस्तार से पता लगाया। स्पेक्ट्रा के संदर्भ में, उन्होंने अलग -अलग समतुल्य पूर्ववर्ती लंबाई पर व्यक्तिगत दालों के स्पेक्ट्रा को मापने के लिए एक फ्रेस्नेल बैंड प्लेट स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग किया, और पाया कि इन स्पेक्ट्रा ने द्वितीयक प्रवर्धन के बाद भी चिकनी तरंगों को बनाए रखा, यह दर्शाता है कि दालों को अनिमॉडल बने रहे। समय डोमेन में, कोणीय फ्रिंज को मापा जाता है और पल्स के समय डोमेन तरंग की विशेषता होती है। जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है, एक्स-रे पल्स को गोलाकार रूप से ध्रुवीकृत इन्फ्रारेड लेजर पल्स के साथ ओवरलैप किया गया है। एक्स-रे पल्स द्वारा आयनित फोटोइलेक्ट्रॉन इन्फ्रारेड लेजर की वेक्टर क्षमता के विपरीत दिशा में लकीर का उत्पादन करेंगे। क्योंकि लेजर का विद्युत क्षेत्र समय के साथ घूमता है, फोटोइलेक्ट्रॉन की गति वितरण इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन के समय से निर्धारित होता है, और उत्सर्जन समय के कोणीय मोड और फोटोइलेक्ट्रॉन के गति वितरण के बीच संबंध स्थापित होता है। फोटोइलेक्ट्रॉन गति के वितरण को 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। चित्रा 2 (ए) पल्स अवधि के वितरण को दर्शाता है, 440 के औसत के साथ। 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 बिखराव की साजिश के रूप में चित्र 2 (बी) में दिखाया गया था। तीन कॉन्फ़िगरेशन अलग -अलग इलेक्ट्रॉन बीम फोकसिंग स्थितियों, वेवर कॉनिंग की स्थिति और चुंबकीय कंप्रेसर देरी की स्थिति के अनुरूप हैं। तीन कॉन्फ़िगरेशन में क्रमशः 1.1 TW की अधिकतम शिखर शक्ति के साथ, क्रमशः 150, 200, और 260, J की औसत पल्स ऊर्जा प्राप्त हुई।

चित्रा 2। (ए) आधी ऊंचाई की पूर्ण चौड़ाई (एफडब्ल्यूएचएम) पल्स अवधि का वितरण हिस्टोग्राम; (b) पीक पावर और पल्स अवधि के अनुरूप बिखरने का प्लॉट

इसके अलावा, अध्ययन में पहली बार एक्स-रे बैंड में सोलिटॉन-जैसे सुपरमिशन की घटना देखी गई, जो प्रवर्धन के दौरान एक निरंतर पल्स छोटा होने के रूप में प्रकट होता है। यह इलेक्ट्रॉनों और विकिरण के बीच एक मजबूत बातचीत के कारण होता है, ऊर्जा तेजी से इलेक्ट्रॉन से एक्स-रे पल्स के सिर में और पल्स की पूंछ से इलेक्ट्रॉन तक वापस स्थानांतरित होती है। इस घटना के गहन अध्ययन के माध्यम से, यह उम्मीद की जाती है कि छोटी अवधि और उच्च शिखर शक्ति वाले एक्स-रे दालों को सुपरराइडिएशन प्रवर्धन प्रक्रिया को बढ़ाकर और सोलिटोन-जैसे मोड में पल्स को छोटा करने का लाभ उठाते हुए महसूस किया जा सकता है।