Léasar cuisle X-gha attoseicind ranga TW

Léasar cuisle X-gha attoseicind ranga TW
X-gha Attosecondléasar cuislele cumhacht ard agus fad gearr cuisle is ea an eochair chun speictreascópacht neamhlíneach thar a bheith gasta agus íomháú difreactaithe X-gha a bhaint amach. Bhain an fhoireann taighde sna Stáit Aontaithe úsáid as easghluaiseacht dhá chéimLéasair leictreon saor ó X-ghathannachun bíoga attosoicind scoite a aschur. I gcomparáid le tuarascálacha atá ann cheana féin, tá méadú suntasach tagtha ar bhuaicchumhacht mheánach na mbíog, is é 1.1 TW an bhuaicchumhacht uasta, agus is mó ná 100 μJ an meánfhuinneamh. Soláthraíonn an staidéar fianaise láidir freisin maidir le hiompar radaíochta sár-mhaith cosúil le soliton sa réimse X-ghathaithe.Léasair ardfhuinnimhtá go leor réimsí nua taighde spreagtha acu, lena n-áirítear fisic ard-réimse, speictreascópacht attoseicind, agus luasairí cáithníní léasair. I measc gach cineál léasair, úsáidtear X-ghathanna go forleathan i ndiagnóis leighis, i mbraith lochtanna tionsclaíoch, i gcigireacht sábháilteachta agus i dtaighde eolaíoch. Is féidir leis an léasar saorleictreon X-gha (XFEL) buaicchumhacht an X-gha a mhéadú faoi roinnt ord méide i gcomparáid le teicneolaíochtaí eile giniúna X-ghathanna, rud a leathnaíonn cur i bhfeidhm X-ghathanna chuig réimse na speictreascópachta neamhlíneach agus íomháithe difreactach aon-cháithnín ina bhfuil ardchumhacht ag teastáil. Is éacht mór san eolaíocht agus sa teicneolaíocht attoseicind é an XFEL attoseicind rathúil le déanaí, ag méadú an bhuaicchumhachta atá ar fáil faoi níos mó ná sé ord méide i gcomparáid le foinsí X-gha boird.

Léasair leictreon saor in aisceis féidir le fuinnimh bíge a fháil atá i bhfad níos airde ná an leibhéal astaíochta spontáineach trí úsáid a bhaint as éagobhsaíocht chomhchoiteann, arb é is cúis leis an idirghníomhaíocht leanúnach idir an réimse radaíochta sa bhíoma leictreon coibhneasta agus an t-ascailteoir maighnéadach. Sa raon X-gha crua (thart ar 0.01 nm go 0.1 nm tonnfhad), baintear amach FEL trí chomhbhrú beart agus teicnící cónúcháin iar-sháithithe. Sa raon X-gha bog (thart ar 0.1 nm go 10 nm tonnfhad), cuirtear FEL i bhfeidhm trí theicneolaíocht slisne úr easghluaiseachta. Le déanaí, tuairiscíodh gur gineadh bíoga attoseicind le buaicchumhacht 100 GW ag baint úsáide as an modh astaíochta spontáineach féin-aimplithe feabhsaithe (ESASE).

Bhain an fhoireann taighde úsáid as córas aimpliúcháin dhá chéim bunaithe ar XFEL chun aschur cuisle atoshoicind X-gha bog ón líneac comhtháiteach a aimpliú.foinse solaisgo dtí leibhéal TW, feabhas ord méadaíochta ar na torthaí a tuairiscíodh. Taispeántar an socrú turgnamhach i bhFíor 1. Bunaithe ar an modh ESASE, modhnaítear an t-astaitheoir fótacatóide chun bhíoma leictreon le biorán ard reatha a fháil, agus úsáidtear é chun bíoga X-ghathacha attosoicind a ghiniúint. Tá an chéad bhuilg suite ag imeall tosaigh biorán an bhíoma leictreon, mar a thaispeántar sa chúinne uachtarach ar chlé de Fhíor 1. Nuair a shroicheann an XFEL sáithiúchán, cuirtear moill ar an bhíoma leictreon i gcoibhneas leis an X-gha le comhbhrúiteoir maighnéadach, agus ansin idirghníomhaíonn an bhuilg leis an bhíoma leictreon (slisne úr) nach ndéantar a mhodhnú ag an modhnú ESASE ná léasar FEL. Ar deireadh, úsáidtear dara tonnadóir maighnéadach chun na X-ghathanna a aimpliú tuilleadh trí idirghníomhú bíoga attosoicind leis an slisne úr.

FÍG. 1 Léaráid feiste turgnamhach; Taispeánann an léaráid an spás céime fadaimseartha (léaráid ama-fhuinnimh an leictreoin, glas), an phróifíl reatha (gorm), agus an radaíocht a tháirgtear trí aimpliú céadord (corcra). XTCAV, cuas trasnach X-bhanda; cVMI, córas íomháithe mapála mear comhaiseach; FZP, speictriméadar pláta banda Fresnel

Tá gach bíog attoshoicind tógtha ó thorann, mar sin tá airíonna speictreacha agus fearainn ama difriúla ag gach bíog, a ndearna na taighdeoirí iniúchadh níos mine orthu. Maidir le speictrim, d'úsáid siad speictriméadar pláta banda Fresnel chun speictrim bíog aonair a thomhas ag faid tonnadóir coibhéiseacha éagsúla, agus fuair siad amach gur choinnigh na speictrim seo tonnfhoirmeacha réidh fiú tar éis aimpliú tánaisteach, rud a léiríonn gur fhan na bíoga unimodal. Sa fhearann ​​ama, déantar an imeall uilleach a thomhas agus déantar tonnfhoirm fhearainn ama na bíge a shainiú. Mar a thaispeántar i bhFíor 1, tá an bíog X-ghathaithe forluite leis an mbíog léasair infridhearg polaraithe go ciorclach. Déanfaidh na fótaileictreoin atá ianaithe ag an mbíog X-ghathaithe stríoca a tháirgeadh sa treo os coinne acmhainneacht veicteora an léasair infridhearg. Toisc go rothlaíonn réimse leictreach an léasair le ham, cinntear dáileadh móiminteam an fhótaileictreoin de réir am astaíochta leictreon, agus bunaítear an gaol idir mód uilleach an ama astaíochta agus dáileadh móiminteam an fhótaileictreoin. Déantar dáileadh móiminteam an fhótaileictreoin a thomhas ag baint úsáide as speictriméadar íomháithe mapála tapa comhaiseach. Bunaithe ar an dáileadh agus ar na torthaí speictreacha, is féidir tonnfhoirm fearainn ama na bíog attosoicind a atógáil. Taispeánann Fíor 2 (a) dáileadh fhad na bíge, le meán de 440 as. Ar deireadh, úsáideadh an brathadóir monatóireachta gáis chun fuinneamh na bíge a thomhas, agus ríomhadh an scaipphlota idir buaicchumhacht na bíge agus fad na bíge mar a thaispeántar i bhFíor 2 (b). Freagraíonn na trí chumraíocht do choinníollacha fócasaithe bhíoma leictreon éagsúla, coinníollacha cónúcháin tonnta agus coinníollacha moille comhbhrúiteora maighnéadaigh. Thug na trí chumraíocht meánfhuinnimh bíge de 150, 200, agus 260 µJ, faoi seach, le huaschumhacht bhuaic de 1.1 TW.

Fíor 2. (a) Histogram dáilte fad cuisle leathairde Leithead Iomlán (FWHM); (b) Scaipphlota a fhreagraíonn don chumhacht bhuaic agus don fhad cuisle

Ina theannta sin, breathnaíodh sa staidéar den chéad uair feiniméan an fhor-astaithe cosúil le soliton sa bhanda X-ghathach, a fheictear mar ghiorrú leanúnach cuisle le linn aimplithe. Is é is cúis leis ná idirghníomhaíocht láidir idir leictreoin agus radaíocht, agus aistrítear fuinneamh go tapa ón leictreon go ceann na cuisle X-ghathach agus ar ais chuig an leictreon ó eireaball na cuisle. Trí staidéar domhain a dhéanamh ar an bhfeiniméan seo, meastar gur féidir bíoga X-ghathacha le fad níos giorra agus buaicchumhacht níos airde a bhaint amach tuilleadh tríd an bpróiseas aimplithe for-radaíochta a shíneadh agus leas a bhaint as giorrú cuisle i mód cosúil le soliton.