TW క్లాస్ అటోసెకండ్ ఎక్స్-రే పల్స్ లేజర్

TW క్లాస్ అటోసెకండ్ ఎక్స్-రే పల్స్ లేజర్
అటోసెకండ్ ఎక్స్-రేపల్స్ లేజర్అల్ట్రాఫాస్ట్ నాన్ లీనియర్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ మరియు ఎక్స్-రే డిఫ్రాక్షన్ ఇమేజింగ్‌ను సాధించడానికి అధిక శక్తి మరియు తక్కువ పల్స్ వ్యవధి కీలకం. యునైటెడ్ స్టేట్స్‌లోని పరిశోధనా బృందం రెండు-దశల క్యాస్కేడ్‌ను ఉపయోగించిందిఎక్స్-రే ఉచిత ఎలక్ట్రాన్ లేజర్లువివిక్త అటోసెకండ్ పప్పులను అవుట్పుట్ చేయడానికి. ఇప్పటికే ఉన్న నివేదికలతో పోలిస్తే, పప్పుల యొక్క సగటు గరిష్ట శక్తి పరిమాణం యొక్క క్రమం ద్వారా పెరుగుతుంది, గరిష్ట గరిష్ట శక్తి 1.1 TW మరియు మధ్యస్థ శక్తి 100 μJ కంటే ఎక్కువ. ఎక్స్-రే ఫీల్డ్‌లో సోలిటన్ లాంటి సూపర్‌రేడియేషన్ ప్రవర్తనకు కూడా ఈ అధ్యయనం బలమైన సాక్ష్యాలను అందిస్తుంది.అధిక శక్తి లేజర్లుహై-ఫీల్డ్ ఫిజిక్స్, అటోసెకండ్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ మరియు లేజర్ పార్టికల్ యాక్సిలరేటర్‌లతో సహా అనేక కొత్త పరిశోధన రంగాలను నడిపించారు. అన్ని రకాల లేజర్‌లలో, X- కిరణాలు వైద్య నిర్ధారణ, పారిశ్రామిక లోపాలను గుర్తించడం, భద్రతా తనిఖీ మరియు శాస్త్రీయ పరిశోధనలలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడతాయి. ఎక్స్-రే ఫ్రీ-ఎలక్ట్రాన్ లేజర్ (XFEL) ఇతర ఎక్స్-రే ఉత్పత్తి సాంకేతికతలతో పోలిస్తే గరిష్ట ఎక్స్-రే శక్తిని అనేక ఆర్డర్‌ల ద్వారా పెంచుతుంది, తద్వారా నాన్‌లీనియర్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ మరియు సింగిల్-కిరణాల దరఖాస్తును విస్తరించింది. అధిక శక్తి అవసరమయ్యే పార్టికల్ డిఫ్రాక్షన్ ఇమేజింగ్. ఇటీవలి విజయవంతమైన అటోసెకండ్ XFEL అటోసెకండ్ సైన్స్ మరియు టెక్నాలజీలో ఒక ప్రధాన విజయం, బెంచ్‌టాప్ ఎక్స్-రే మూలాధారాలతో పోలిస్తే అందుబాటులో ఉన్న గరిష్ట శక్తిని ఆరు కంటే ఎక్కువ ఆర్డర్‌ల మాగ్నిట్యూడ్‌తో పెంచుతుంది.

ఉచిత ఎలక్ట్రాన్ లేజర్లుసాపేక్ష ఎలక్ట్రాన్ పుంజం మరియు మాగ్నెటిక్ ఓసిలేటర్‌లోని రేడియేషన్ ఫీల్డ్ యొక్క నిరంతర పరస్పర చర్య వల్ల ఏర్పడే సామూహిక అస్థిరతను ఉపయోగించి ఆకస్మిక ఉద్గార స్థాయి కంటే ఎక్కువ పరిమాణంలో పల్స్ ఎనర్జీలను పొందవచ్చు. హార్డ్ ఎక్స్-రే పరిధిలో (సుమారు 0.01 nm నుండి 0.1 nm తరంగదైర్ఘ్యం), FEL బండిల్ కంప్రెషన్ మరియు పోస్ట్-శాచురేషన్ కోనింగ్ టెక్నిక్‌ల ద్వారా సాధించబడుతుంది. మృదువైన ఎక్స్-రే పరిధిలో (సుమారు 0.1 nm నుండి 10 nm తరంగదైర్ఘ్యం), FEL క్యాస్కేడ్ ఫ్రెష్-స్లైస్ టెక్నాలజీ ద్వారా అమలు చేయబడుతుంది. ఇటీవల, 100 GW గరిష్ట శక్తితో అటోసెకండ్ పప్పులు మెరుగుపరచబడిన స్వీయ-యాంప్లిఫైడ్ స్పాంటేనియస్ ఎమిషన్ (ESASE) పద్ధతిని ఉపయోగించి ఉత్పత్తి చేయబడతాయని నివేదించబడింది.

లినాక్ కోహెరెంట్ నుండి మృదువైన ఎక్స్-రే అటోసెకండ్ పల్స్ అవుట్‌పుట్‌ను విస్తరించడానికి పరిశోధనా బృందం XFEL ఆధారంగా రెండు-దశల యాంప్లిఫికేషన్ సిస్టమ్‌ను ఉపయోగించింది.కాంతి మూలంTW స్థాయికి, నివేదించబడిన ఫలితాలపై మాగ్నిట్యూడ్ మెరుగుదల క్రమం. ప్రయోగాత్మక సెటప్ మూర్తి 1లో చూపబడింది. ESASE పద్ధతి ఆధారంగా, ఫోటోకాథోడ్ ఉద్గారిణి అధిక కరెంట్ స్పైక్‌తో ఎలక్ట్రాన్ బీమ్‌ను పొందేందుకు మాడ్యులేట్ చేయబడింది మరియు అటోసెకండ్ ఎక్స్-రే పల్స్‌లను రూపొందించడానికి ఉపయోగించబడుతుంది. మూర్తి 1 యొక్క ఎగువ ఎడమ మూలలో చూపిన విధంగా ప్రారంభ పల్స్ ఎలక్ట్రాన్ పుంజం యొక్క స్పైక్ యొక్క ముందు అంచు వద్ద ఉంది. XFEL సంతృప్తతను చేరుకున్నప్పుడు, ఎలక్ట్రాన్ పుంజం మాగ్నెటిక్ కంప్రెసర్ ద్వారా X-రేకు సంబంధించి ఆలస్యం అవుతుంది, ఆపై పల్స్ ESASE మాడ్యులేషన్ లేదా FEL లేజర్ ద్వారా సవరించబడని ఎలక్ట్రాన్ బీమ్ (ఫ్రెష్ స్లైస్)తో సంకర్షణ చెందుతుంది. చివరగా, తాజా స్లైస్‌తో అటోసెకండ్ పప్పుల పరస్పర చర్య ద్వారా X-కిరణాలను మరింత విస్తరించడానికి రెండవ మాగ్నెటిక్ అన్‌డ్యూలేటర్ ఉపయోగించబడుతుంది.

అంజీర్. 1 ప్రయోగాత్మక పరికరం రేఖాచిత్రం; దృష్టాంతం రేఖాంశ దశ స్థలం (ఎలక్ట్రాన్ యొక్క సమయ-శక్తి రేఖాచిత్రం, ఆకుపచ్చ), ప్రస్తుత ప్రొఫైల్ (నీలం) మరియు మొదటి-ఆర్డర్ యాంప్లిఫికేషన్ (పర్పుల్) ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన రేడియేషన్‌ను చూపుతుంది. XTCAV, X-బ్యాండ్ విలోమ కుహరం; cVMI, ఏకాక్షక వేగవంతమైన మ్యాపింగ్ ఇమేజింగ్ సిస్టమ్; FZP, ఫ్రెస్నెల్ బ్యాండ్ ప్లేట్ స్పెక్ట్రోమీటర్

అన్ని అటోసెకండ్ పప్పులు శబ్దం నుండి నిర్మించబడ్డాయి, కాబట్టి ప్రతి పల్స్ వేర్వేరు స్పెక్ట్రల్ మరియు టైమ్-డొమైన్ లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి, పరిశోధకులు మరింత వివరంగా అన్వేషించారు. స్పెక్ట్రా పరంగా, వారు వేర్వేరు సమానమైన అన్‌డ్యులేటర్ పొడవులలో వ్యక్తిగత పల్స్‌ల స్పెక్ట్రాను కొలవడానికి ఫ్రెస్నెల్ బ్యాండ్ ప్లేట్ స్పెక్ట్రోమీటర్‌ను ఉపయోగించారు మరియు ఈ స్పెక్ట్రా ద్వితీయ విస్తరణ తర్వాత కూడా మృదువైన తరంగ రూపాలను నిర్వహిస్తుందని కనుగొన్నారు, ఇది పప్పులు ఏకరీతిగా ఉన్నాయని సూచిస్తుంది. సమయ డొమైన్‌లో, కోణీయ అంచుని కొలుస్తారు మరియు పల్స్ యొక్క టైమ్ డొమైన్ వేవ్‌ఫార్మ్ వర్ణించబడుతుంది. మూర్తి 1లో చూపినట్లుగా, X- రే పల్స్ వృత్తాకార ధ్రువణ పరారుణ లేజర్ పల్స్‌తో అతివ్యాప్తి చెందుతుంది. ఎక్స్-రే పల్స్ ద్వారా అయనీకరణం చేయబడిన ఫోటోఎలెక్ట్రాన్లు పరారుణ లేజర్ యొక్క వెక్టర్ పొటెన్షియల్‌కు వ్యతిరేక దిశలో స్ట్రీక్‌లను ఉత్పత్తి చేస్తాయి. లేజర్ యొక్క విద్యుత్ క్షేత్రం సమయంతో తిరుగుతున్నందున, ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ యొక్క మొమెంటం పంపిణీ ఎలక్ట్రాన్ ఉద్గార సమయం ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది మరియు ఉద్గార సమయం యొక్క కోణీయ మోడ్ మరియు ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ యొక్క మొమెంటం పంపిణీ మధ్య సంబంధం స్థాపించబడింది. ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ మొమెంటం పంపిణీని ఏకాక్షక ఫాస్ట్ మ్యాపింగ్ ఇమేజింగ్ స్పెక్ట్రోమీటర్ ఉపయోగించి కొలుస్తారు. పంపిణీ మరియు వర్ణపట ఫలితాల ఆధారంగా, అటోసెకండ్ పప్పుల సమయ-డొమైన్ తరంగ రూపాన్ని పునర్నిర్మించవచ్చు. మూర్తి 2 (a) పల్స్ వ్యవధి యొక్క పంపిణీని చూపుతుంది, మధ్యస్థం 440 వంటిది. చివరగా, గ్యాస్ మానిటరింగ్ డిటెక్టర్ పల్స్ శక్తిని కొలవడానికి ఉపయోగించబడింది మరియు మూర్తి 2 (బి)లో చూపిన విధంగా పీక్ పల్స్ పవర్ మరియు పల్స్ వ్యవధి మధ్య స్కాటర్ ప్లాట్‌ను లెక్కించారు. మూడు కాన్ఫిగరేషన్‌లు వేర్వేరు ఎలక్ట్రాన్ బీమ్ ఫోకసింగ్ పరిస్థితులు, వేవర్ కోనింగ్ పరిస్థితులు మరియు మాగ్నెటిక్ కంప్రెసర్ ఆలస్యం పరిస్థితులకు అనుగుణంగా ఉంటాయి. మూడు కాన్ఫిగరేషన్‌లు 1.1 TW గరిష్ట గరిష్ట శక్తితో వరుసగా 150, 200 మరియు 260 µJ యొక్క సగటు పల్స్ శక్తిని అందించాయి.

మూర్తి 2. (ఎ) సగం-ఎత్తు పూర్తి వెడల్పు (FWHM) పల్స్ వ్యవధి యొక్క డిస్ట్రిబ్యూషన్ హిస్టోగ్రాం; (బి) పీక్ పవర్ మరియు పల్స్ వ్యవధికి అనుగుణంగా స్కాటర్ ప్లాట్

అదనంగా, అధ్యయనం మొదటిసారిగా ఎక్స్-రే బ్యాండ్‌లో సోలిటన్ లాంటి సూపర్ ఎమిషన్ యొక్క దృగ్విషయాన్ని గమనించింది, ఇది యాంప్లిఫికేషన్ సమయంలో నిరంతర పల్స్ క్లుప్తంగా కనిపిస్తుంది. ఇది ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రేడియేషన్ మధ్య బలమైన పరస్పర చర్య వలన ఏర్పడుతుంది, శక్తి వేగంగా ఎలక్ట్రాన్ నుండి X-రే పల్స్ యొక్క తలకి మరియు తిరిగి పల్స్ యొక్క తోక నుండి ఎలక్ట్రాన్‌కు బదిలీ చేయబడుతుంది. ఈ దృగ్విషయం యొక్క లోతైన అధ్యయనం ద్వారా, సూపర్‌రేడియేషన్ యాంప్లిఫికేషన్ ప్రక్రియను విస్తరించడం ద్వారా మరియు సోలిటన్-వంటి రీతిలో పల్స్ షార్ట్‌నింగ్ ప్రయోజనాన్ని పొందడం ద్వారా తక్కువ వ్యవధి మరియు అధిక పీక్ పవర్ కలిగిన ఎక్స్-రే పప్పులను మరింతగా గ్రహించవచ్చని భావిస్తున్నారు.