TW తరగతి అట్టోసెకండ్ ఎక్స్-రే పల్స్ లేజర్
అట్టోసెకండ్ ఎక్స్-రేపల్స్ లేజర్అధిక శక్తి మరియు తక్కువ పల్స్ వ్యవధి అనేవి అతివేగవంతమైన నాన్-లీనియర్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ మరియు ఎక్స్-రే డిఫ్రాక్షన్ ఇమేజింగ్ను సాధించడానికి కీలకం. యునైటెడ్ స్టేట్స్లోని పరిశోధన బృందం రెండు-దశల కాస్కేడ్ను ఉపయోగించింది.ఎక్స్-రే ఫ్రీ ఎలక్ట్రాన్ లేజర్లువివిక్త అట్టోసెకండ్ పల్స్లను ఉత్పత్తి చేయడానికి. ఇప్పటికే ఉన్న నివేదికలతో పోలిస్తే, పల్స్ల సగటు శిఖర శక్తి ఒక పరిమాణ క్రమంలో పెరిగింది, గరిష్ట శిఖర శక్తి 1.1 TW, మరియు మధ్యస్థ శక్తి 100 μJ కంటే ఎక్కువగా ఉంది. ఈ అధ్యయనం ఎక్స్-రే క్షేత్రంలో సోలిటాన్ లాంటి సూపర్రేడియేషన్ ప్రవర్తనకు బలమైన సాక్ష్యాలను కూడా అందిస్తుంది.అధిక శక్తి లేజర్లుహై-ఫీల్డ్ ఫిజిక్స్, అట్టోసెకండ్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ మరియు లేజర్ పార్టికల్ యాక్సిలరేటర్లతో సహా అనేక కొత్త పరిశోధనా రంగాలకు ఇవి చోదకశక్తిగా నిలిచాయి. అన్ని రకాల లేజర్లలో, ఎక్స్-కిరణాలను వైద్య నిర్ధారణ, పారిశ్రామిక లోపాల గుర్తింపు, భద్రతా తనిఖీ మరియు శాస్త్రీయ పరిశోధనలలో విస్తృతంగా ఉపయోగిస్తారు. ఇతర ఎక్స్-రే ఉత్పత్తి సాంకేతికతలతో పోలిస్తే, ఎక్స్-రే ఫ్రీ-ఎలక్ట్రాన్ లేజర్ (XFEL) గరిష్ట ఎక్స్-రే శక్తిని అనేక రెట్లు పెంచగలదు. తద్వారా, అధిక శక్తి అవసరమయ్యే నాన్లీనియర్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ మరియు సింగిల్-పార్టికల్ డిఫ్రాక్షన్ ఇమేజింగ్ రంగాలకు ఎక్స్-కిరణాల అనువర్తనాన్ని ఇది విస్తరింపజేస్తుంది. ఇటీవల విజయవంతమైన అట్టోసెకండ్ XFEL, అట్టోసెకండ్ విజ్ఞాన శాస్త్రం మరియు సాంకేతికతలో ఒక ప్రధాన విజయంగా నిలిచింది. ఇది బెంచ్టాప్ ఎక్స్-రే వనరులతో పోలిస్తే అందుబాటులో ఉన్న గరిష్ట శక్తిని ఆరు రెట్ల కంటే ఎక్కువగా పెంచింది.
స్వేచ్ఛా ఎలక్ట్రాన్ లేజర్లుసాపేక్ష ఎలక్ట్రాన్ పుంజంలోని వికిరణ క్షేత్రం మరియు అయస్కాంత డోలకం మధ్య నిరంతర పరస్పర చర్య వలన కలిగే సామూహిక అస్థిరతను ఉపయోగించి, స్వయసిద్ధ ఉద్గార స్థాయి కంటే అనేక రెట్లు అధికమైన పల్స్ శక్తులను పొందవచ్చు. కఠినమైన X-కిరణాల పరిధిలో (సుమారు 0.01 nm నుండి 0.1 nm తరంగదైర్ఘ్యం), బండిల్ కంప్రెషన్ మరియు పోస్ట్-శాచురేషన్ కోనింగ్ పద్ధతుల ద్వారా FEL సాధించబడుతుంది. మృదువైన X-కిరణాల పరిధిలో (సుమారు 0.1 nm నుండి 10 nm తరంగదైర్ఘ్యం), కాస్కేడ్ ఫ్రెష్-స్లైస్ టెక్నాలజీ ద్వారా FEL అమలు చేయబడుతుంది. ఇటీవల, మెరుగైన స్వీయ-వర్థిత స్వయసిద్ధ ఉద్గార (ESASE) పద్ధతిని ఉపయోగించి 100 GW గరిష్ట శక్తి గల అట్టోసెకండ్ పల్స్లను ఉత్పత్తి చేసినట్లు నివేదించబడింది.
పరిశోధన బృందం లినాక్ కోహెరెంట్ నుండి వెలువడే సాఫ్ట్ ఎక్స్-రే అట్టోసెకండ్ పల్స్ అవుట్పుట్ను విస్తరించడానికి XFEL ఆధారిత రెండు-దశల విస్తరణ వ్యవస్థను ఉపయోగించింది.కాంతి మూలంTW స్థాయికి, నివేదించబడిన ఫలితాల కంటే పది రెట్లు మెరుగుదల. ప్రయోగాత్మక అమరికను పటం 1లో చూపించారు. ESASE పద్ధతి ఆధారంగా, అధిక కరెంట్ స్పైక్తో ఎలక్ట్రాన్ పుంజాన్ని పొందడానికి ఫోటోకాథోడ్ ఎమిటర్ను మాడ్యులేట్ చేస్తారు, మరియు దీనిని అట్టోసెకండ్ ఎక్స్-రే పల్స్లను ఉత్పత్తి చేయడానికి ఉపయోగిస్తారు. పటం 1 యొక్క ఎగువ ఎడమ మూలలో చూపిన విధంగా, ప్రారంభ పల్స్ ఎలక్ట్రాన్ పుంజం యొక్క స్పైక్ ముందు అంచున ఉంటుంది. XFEL సంతృప్త స్థాయికి చేరుకున్నప్పుడు, ఒక అయస్కాంత కంప్రెసర్ ద్వారా ఎలక్ట్రాన్ పుంజాన్ని ఎక్స్-రేతో పోలిస్తే ఆలస్యం చేస్తారు, ఆపై ఆ పల్స్, ESASE మాడ్యులేషన్ లేదా FEL లేజర్ ద్వారా మార్పు చెందని ఎలక్ట్రాన్ పుంజంతో (తాజా స్లైస్) సంకర్షణ చెందుతుంది. చివరగా, అట్టోసెకండ్ పల్స్లు తాజా స్లైస్తో సంకర్షణ చెందడం ద్వారా ఎక్స్-రేలను మరింతగా విస్తరించడానికి రెండవ అయస్కాంత అండ్యులేటర్ను ఉపయోగిస్తారు.
పటం 1 ప్రయోగాత్మక పరికర రేఖాచిత్రం; ఈ దృష్టాంతం రేఖాంశ దశ అంతరాళం (ఎలక్ట్రాన్ యొక్క కాల-శక్తి రేఖాచిత్రం, ఆకుపచ్చ), కరెంట్ ప్రొఫైల్ (నీలం), మరియు మొదటి-క్రమ విస్తరణ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన రేడియేషన్ (ఊదా) లను చూపుతుంది. XTCAV, X-బ్యాండ్ ట్రాన్స్వర్స్ కావిటీ; cVMI, కోయాక్సియల్ రాపిడ్ మ్యాపింగ్ ఇమేజింగ్ సిస్టమ్; FZP, ఫ్రెనెల్ బ్యాండ్ ప్లేట్ స్పెక్ట్రోమీటర్
అన్ని అట్టోసెకండ్ పల్స్లు నాయిస్ నుండి నిర్మించబడతాయి, కాబట్టి ప్రతి పల్స్కు వేర్వేరు స్పెక్ట్రల్ మరియు టైమ్-డొమైన్ లక్షణాలు ఉంటాయి, వీటిని పరిశోధకులు మరింత వివరంగా అన్వేషించారు. స్పెక్ట్రా పరంగా, వారు వేర్వేరు ఈక్వివలెంట్ అండ్యులేటర్ పొడవుల వద్ద వ్యక్తిగత పల్స్ల స్పెక్ట్రాలను కొలవడానికి ఫ్రెనెల్ బ్యాండ్ ప్లేట్ స్పెక్ట్రోమీటర్ను ఉపయోగించారు మరియు సెకండరీ యాంప్లిఫికేషన్ తర్వాత కూడా ఈ స్పెక్ట్రాలు సున్నితమైన వేవ్ఫార్మ్లను కొనసాగించాయని కనుగొన్నారు, ఇది పల్స్లు యూనిమోడల్గా ఉన్నాయని సూచిస్తుంది. టైమ్ డొమైన్లో, యాంగ్యులర్ ఫ్రింజ్ను కొలుస్తారు మరియు పల్స్ యొక్క టైమ్ డొమైన్ వేవ్ఫార్మ్ను వర్గీకరిస్తారు. పటం 1లో చూపిన విధంగా, ఎక్స్-రే పల్స్ వృత్తాకార ధ్రువణ పరారుణ లేజర్ పల్స్తో అతివ్యాప్తి చెందుతుంది. ఎక్స్-రే పల్స్ ద్వారా అయనీకరణం చెందిన ఫోటోఎలక్ట్రాన్లు పరారుణ లేజర్ యొక్క వెక్టర్ పొటెన్షియల్కు వ్యతిరేక దిశలో గీతలను ఉత్పత్తి చేస్తాయి. లేజర్ యొక్క విద్యుత్ క్షేత్రం కాలంతో పాటు తిరుగుతుంది కాబట్టి, ఫోటోఎలక్ట్రాన్ యొక్క ద్రవ్యవేగ పంపిణీ ఎలక్ట్రాన్ ఉద్గార సమయం ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది మరియు ఉద్గార సమయం యొక్క యాంగ్యులర్ మోడ్ మరియు ఫోటోఎలక్ట్రాన్ యొక్క ద్రవ్యవేగ పంపిణీ మధ్య సంబంధం స్థాపించబడుతుంది. కోయాక్సియల్ ఫాస్ట్ మ్యాపింగ్ ఇమేజింగ్ స్పెక్ట్రోమీటర్ను ఉపయోగించి ఫోటోఎలక్ట్రాన్ ద్రవ్యవేగం యొక్క పంపిణీని కొలుస్తారు. పంపిణీ మరియు స్పెక్ట్రల్ ఫలితాల ఆధారంగా, అట్టోసెకండ్ పల్స్ల యొక్క టైమ్-డొమైన్ తరంగరూపాన్ని పునర్నిర్మించవచ్చు. పటం 2 (ఎ) పల్స్ వ్యవధి యొక్క పంపిణీని చూపుతుంది, దీని మధ్యస్థం 440 µS. చివరగా, పల్స్ శక్తిని కొలవడానికి గ్యాస్ మానిటరింగ్ డిటెక్టర్ను ఉపయోగించారు, మరియు పటం 2 (బి)లో చూపిన విధంగా గరిష్ట పల్స్ శక్తి మరియు పల్స్ వ్యవధి మధ్య స్కాటర్ ప్లాట్ను లెక్కించారు. ఈ మూడు కాన్ఫిగరేషన్లు వేర్వేరు ఎలక్ట్రాన్ బీమ్ ఫోకసింగ్ పరిస్థితులు, వేవ్ కోనింగ్ పరిస్థితులు మరియు మాగ్నెటిక్ కంప్రెసర్ ఆలస్య పరిస్థితులకు అనుగుణంగా ఉంటాయి. ఈ మూడు కాన్ఫిగరేషన్లు వరుసగా 150, 200, మరియు 260 µJ సగటు పల్స్ శక్తులను, 1.1 TW గరిష్ట పీక్ పవర్తో అందించాయి.
పటం 2. (ఎ) సగం-ఎత్తు పూర్తి వెడల్పు (FWHM) పల్స్ వ్యవధి యొక్క పంపిణీ హిస్టోగ్రామ్; (బి) గరిష్ట శక్తి మరియు పల్స్ వ్యవధికి సంబంధించిన స్కాటర్ ప్లాట్
దీనికి అదనంగా, ఈ అధ్యయనం ఎక్స్-రే బ్యాండ్లో సోలిటాన్ లాంటి సూపర్ఎమిషన్ దృగ్విషయాన్ని కూడా మొదటిసారిగా గమనించింది. ఇది యాంప్లిఫికేషన్ సమయంలో నిరంతర పల్స్ సంక్షిప్తతగా కనిపిస్తుంది. ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రేడియేషన్ మధ్య బలమైన పరస్పర చర్య దీనికి కారణం. ఈ పరస్పర చర్యలో శక్తి ఎలక్ట్రాన్ నుండి ఎక్స్-రే పల్స్ యొక్క తల భాగానికి వేగంగా బదిలీ చేయబడి, పల్స్ యొక్క తోక భాగం నుండి తిరిగి ఎలక్ట్రాన్కు చేరుతుంది. ఈ దృగ్విషయాన్ని లోతుగా అధ్యయనం చేయడం ద్వారా, సూపర్రేడియేషన్ యాంప్లిఫికేషన్ ప్రక్రియను పొడిగించి, సోలిటాన్ లాంటి రీతిలో పల్స్ సంక్షిప్తతను సద్వినియోగం చేసుకోవడం ద్వారా, తక్కువ వ్యవధి మరియు అధిక శిఖర శక్తి గల ఎక్స్-రే పల్స్లను మరింతగా సాధించవచ్చని ఆశిస్తున్నారు.
పోస్ట్ చేసిన సమయం: మే-27-2024