TW క్లాస్ అటోసెకండ్ ఎక్స్-రే పల్స్ లేజర్
అటోసెకండ్ ఎక్స్-రేపల్స్ లేజర్అల్ట్రాఫాస్ట్ నాన్‌లీనియర్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ మరియు ఎక్స్-రే డిఫ్రాక్షన్ ఇమేజింగ్‌ను సాధించడానికి అధిక శక్తి మరియు తక్కువ పల్స్ వ్యవధి కీలకం. యునైటెడ్ స్టేట్స్‌లోని పరిశోధన బృందం రెండు-దశల క్యాస్కేడ్‌ను ఉపయోగించిందిఎక్స్-రే రహిత ఎలక్ట్రాన్ లేజర్లువివిక్త అటోసెకండ్ పల్స్‌లను అవుట్‌పుట్ చేయడానికి. ఇప్పటికే ఉన్న నివేదికలతో పోలిస్తే, పల్స్‌ల సగటు పీక్ పవర్ పరిమాణం క్రమంగా పెరుగుతుంది, గరిష్ట పీక్ పవర్ 1.1 TW, మరియు మధ్యస్థ శక్తి 100 μJ కంటే ఎక్కువ. ఈ అధ్యయనం ఎక్స్-రే ఫీల్డ్‌లో సోలిటాన్ లాంటి సూపర్‌రేడియేషన్ ప్రవర్తనకు బలమైన ఆధారాలను కూడా అందిస్తుంది.అధిక శక్తి లేజర్లుహై-ఫీల్డ్ ఫిజిక్స్, అటోసెకండ్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ మరియు లేజర్ పార్టికల్ యాక్సిలరేటర్లతో సహా అనేక కొత్త పరిశోధన రంగాలను నడిపించాయి. అన్ని రకాల లేజర్‌లలో, ఎక్స్-కిరణాలను వైద్య నిర్ధారణ, పారిశ్రామిక లోపాలను గుర్తించడం, భద్రతా తనిఖీ మరియు శాస్త్రీయ పరిశోధనలలో విస్తృతంగా ఉపయోగిస్తారు. ఎక్స్-రే ఫ్రీ-ఎలక్ట్రాన్ లేజర్ (XFEL) ఇతర ఎక్స్-రే జనరేషన్ టెక్నాలజీలతో పోలిస్తే పీక్ ఎక్స్-రే శక్తిని అనేక ఆర్డర్‌ల పరిమాణంలో పెంచుతుంది, తద్వారా అధిక శక్తి అవసరమయ్యే నాన్‌లీనియర్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ మరియు సింగిల్-పార్టికల్ డిఫ్రాక్షన్ ఇమేజింగ్ రంగానికి ఎక్స్-కిరణాల అనువర్తనాన్ని విస్తరిస్తుంది. ఇటీవలి విజయవంతమైన అటోసెకండ్ XFEL అటోసెకండ్ సైన్స్ మరియు టెక్నాలజీలో ఒక ప్రధాన విజయం, బెంచ్‌టాప్ ఎక్స్-రే మూలాలతో పోలిస్తే అందుబాటులో ఉన్న పీక్ పవర్‌ను ఆరు ఆర్డర్‌ల కంటే ఎక్కువ పరిమాణంలో పెంచుతుంది.
ఉచిత ఎలక్ట్రాన్ లేజర్లుసాపేక్ష ఎలక్ట్రాన్ పుంజం మరియు అయస్కాంత ఓసిలేటర్‌లో రేడియేషన్ క్షేత్రం యొక్క నిరంతర పరస్పర చర్య వల్ల కలిగే సామూహిక అస్థిరతను ఉపయోగించి ఆకస్మిక ఉద్గార స్థాయి కంటే ఎక్కువ పరిమాణంలో పల్స్ శక్తులను పొందవచ్చు. హార్డ్ ఎక్స్-రే పరిధిలో (సుమారు 0.01 nm నుండి 0.1 nm తరంగదైర్ఘ్యం), బండిల్ కంప్రెషన్ మరియు పోస్ట్-సాచురేషన్ కోనింగ్ పద్ధతుల ద్వారా FEL 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 పల్స్‌లు మెరుగైన స్వీయ-విస్తరించబడిన ఆకస్మిక ఉద్గార (ESASE) పద్ధతిని ఉపయోగించి ఉత్పత్తి చేయబడుతున్నట్లు నివేదించబడింది.
లినాక్ కోహెరెంట్ నుండి మృదువైన ఎక్స్-రే అటోసెకండ్ పల్స్ అవుట్‌పుట్‌ను విస్తరించడానికి పరిశోధన బృందం XFEL ఆధారంగా రెండు-దశల యాంప్లిఫికేషన్ వ్యవస్థను ఉపయోగించింది.కాంతి మూలంTW స్థాయికి, నివేదించబడిన ఫలితాల కంటే పరిమాణంలో మెరుగుదల క్రమం. ప్రయోగాత్మక సెటప్ చిత్రం 1లో చూపబడింది. ESASE పద్ధతి ఆధారంగా, ఫోటోకాథోడ్ ఉద్గారిణి అధిక కరెంట్ స్పైక్‌తో ఎలక్ట్రాన్ పుంజాన్ని పొందేందుకు మాడ్యులేట్ చేయబడింది మరియు అటోసెకండ్ ఎక్స్-రే పల్స్‌లను ఉత్పత్తి చేయడానికి ఉపయోగించబడుతుంది. చిత్రం 1 యొక్క ఎగువ ఎడమ మూలలో చూపిన విధంగా, ప్రారంభ పల్స్ ఎలక్ట్రాన్ పుంజం యొక్క స్పైక్ ముందు అంచున ఉంది. XFEL సంతృప్తతను చేరుకున్నప్పుడు, ఎలక్ట్రాన్ పుంజం అయస్కాంత కంప్రెసర్ ద్వారా X-రేకు సంబంధించి ఆలస్యం అవుతుంది, ఆపై పల్స్ ESASE మాడ్యులేషన్ లేదా FEL లేజర్ ద్వారా సవరించబడని ఎలక్ట్రాన్ పుంజం (తాజా స్లైస్)తో సంకర్షణ చెందుతుంది. చివరగా, తాజా స్లైస్‌తో అటోసెకండ్ పల్స్‌ల పరస్పర చర్య ద్వారా X-కిరణాలను మరింత విస్తరించడానికి రెండవ అయస్కాంత అన్‌డ్యులేటర్ ఉపయోగించబడుతుంది.
FIG. 1 ప్రయోగాత్మక పరికర రేఖాచిత్రం; ఈ దృష్టాంతం రేఖాంశ దశ స్థలం (ఎలక్ట్రాన్ యొక్క సమయ-శక్తి రేఖాచిత్రం, ఆకుపచ్చ), ప్రస్తుత ప్రొఫైల్ (నీలం), మరియు మొదటి-ఆర్డర్ యాంప్లిఫికేషన్ (ఊదా) ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన రేడియేషన్‌ను చూపిస్తుంది. XTCAV, X-బ్యాండ్ విలోమ కుహరం; cVMI, కోక్సియల్ రాపిడ్ మ్యాపింగ్ ఇమేజింగ్ సిస్టమ్; FZP, ఫ్రెస్నెల్ బ్యాండ్ ప్లేట్ స్పెక్ట్రోమీటర్
అన్ని అటోసెకండ్ పల్స్‌లు శబ్దం నుండి నిర్మించబడ్డాయి, కాబట్టి ప్రతి పల్స్‌కు వేర్వేరు స్పెక్ట్రల్ మరియు టైమ్-డొమైన్ లక్షణాలు ఉంటాయి, వీటిని 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 పల్స్‌లు ఏకరీతిగా ఉన్నాయని సూచిస్తుంది. టైమ్ డొమైన్‌లో, కోణీయ అంచు కొలుస్తారు మరియు పల్స్ యొక్క టైమ్ డొమైన్ తరంగ రూపం వర్గీకరించబడుతుంది. చిత్రం 1లో చూపిన విధంగా, ఎక్స్-రే పల్స్ వృత్తాకార ధ్రువణ పరారుణ లేజర్ పల్స్‌తో అతివ్యాప్తి చెందుతుంది. ఎక్స్-రే పల్స్ ద్వారా అయనీకరణం చేయబడిన ఫోటోఎలక్ట్రాన్లు ఇన్‌ఫ్రారెడ్ లేజర్ యొక్క వెక్టర్ పొటెన్షియల్‌కు వ్యతిరేక దిశలో స్ట్రీక్‌లను ఉత్పత్తి చేస్తాయి. లేజర్ యొక్క విద్యుత్ క్షేత్రం కాలంతో తిరుగుతుంది కాబట్టి, ఫోటోఎలక్ట్రాన్ యొక్క మొమెంటం పంపిణీ ఎలక్ట్రాన్ ఉద్గార సమయం ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది మరియు ఉద్గార సమయం యొక్క కోణీయ మోడ్ మరియు ఫోటోఎలక్ట్రాన్ యొక్క మొమెంటం పంపిణీ మధ్య సంబంధం స్థాపించబడింది. ఫోటోఎలక్ట్రాన్ మొమెంటం పంపిణీని కోక్సియల్ ఫాస్ట్ మ్యాపింగ్ ఇమేజింగ్ స్పెక్ట్రోమీటర్ ఉపయోగించి కొలుస్తారు. పంపిణీ మరియు స్పెక్ట్రల్ ఫలితాల ఆధారంగా, అటోసెకండ్ పల్స్‌ల టైమ్-డొమైన్ వేవ్‌ఫార్మ్‌ను పునర్నిర్మించవచ్చు. చిత్రం 2 (ఎ) పల్స్ వ్యవధి పంపిణీని చూపిస్తుంది, మధ్యస్థం 440 గా ఉంటుంది. చివరగా, పల్స్ శక్తిని కొలవడానికి గ్యాస్ మానిటరింగ్ డిటెక్టర్ ఉపయోగించబడింది మరియు చిత్రం 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 వరుసగా 150, 200 మరియు 260 µJ సగటు పల్స్ శక్తులను అందించాయి, గరిష్ట పీక్ పవర్ 1.1 TW.
చిత్రం 2. (ఎ) సగం-ఎత్తు పూర్తి వెడల్పు (FWHM) పల్స్ వ్యవధి యొక్క డిస్ట్రిబ్యూషన్ హిస్టోగ్రాం; (బి) పీక్ పవర్ మరియు పల్స్ వ్యవధికి సంబంధించిన స్కాటర్ ప్లాట్
అదనంగా, ఈ అధ్యయనం మొదటిసారిగా ఎక్స్-రే బ్యాండ్‌లో సోలిటాన్ లాంటి సూపర్‌ఎమిషన్ దృగ్విషయాన్ని కూడా గమనించింది, ఇది యాంప్లిఫికేషన్ సమయంలో నిరంతర పల్స్ షార్టనింగ్‌గా కనిపిస్తుంది. ఇది ఎలక్ట్రాన్‌లు మరియు రేడియేషన్ మధ్య బలమైన పరస్పర చర్య వల్ల సంభవిస్తుంది, శక్తి ఎలక్ట్రాన్ నుండి ఎక్స్-రే పల్స్ యొక్క తలకు మరియు పల్స్ తోక నుండి ఎలక్ట్రాన్‌కు వేగంగా బదిలీ అవుతుంది. ఈ దృగ్విషయం యొక్క లోతైన అధ్యయనం ద్వారా, సూపర్‌రేడియేషన్ యాంప్లిఫికేషన్ ప్రక్రియను విస్తరించడం ద్వారా మరియు సోలిటాన్ లాంటి మోడ్‌లో పల్స్ షార్టనింగ్‌ను సద్వినియోగం చేసుకోవడం ద్వారా తక్కువ వ్యవధి మరియు అధిక పీక్ పవర్‌తో ఎక్స్-రే పల్స్‌లను మరింత గ్రహించవచ్చని భావిస్తున్నారు.
పోస్ట్ సమయం: మే-27-2024