TW वर्गाचा अॅटोसेकंद एक्स-रे पल्स लेझर
अॅटोसेकंद एक्स-रेपल्स लेझरउच्च शक्ती आणि कमी स्पंद कालावधी हे अतिवेगवान अरैखिक स्पेक्ट्रोस्कोपी आणि क्ष-किरण विवर्तन प्रतिमांकन साध्य करण्याची गुरुकिल्ली आहे. अमेरिकेतील संशोधन संघाने दोन-टप्प्यांच्या कॅस्केडचा वापर केला.एक्स-रे फ्री इलेक्ट्रॉन लेझर्सस्वतंत्र अॅटोसेकंद स्पंद बाहेर टाकण्यासाठी. विद्यमान अहवालांच्या तुलनेत, स्पंदांची सरासरी शिखर शक्ती दहा पटीने वाढली आहे, कमाल शिखर शक्ती १.१ टेरावॅट आहे आणि मध्यक ऊर्जा १०० मायक्रोजूल पेक्षा जास्त आहे. हा अभ्यास एक्स-रे क्षेत्रात सॉलिटॉन-सदृश सुपररेडिएशन वर्तनासाठी भक्कम पुरावा देखील प्रदान करतो.उच्च-ऊर्जा लेझरयामुळे उच्च-क्षेत्र भौतिकशास्त्र, अॅटोसेकंद स्पेक्ट्रोस्कोपी आणि लेझर कण प्रवेगक यांसारख्या संशोधनाच्या अनेक नवीन क्षेत्रांना चालना मिळाली आहे. सर्व प्रकारच्या लेझर्सपैकी, एक्स-रेचा वापर वैद्यकीय निदान, औद्योगिक दोष शोध, सुरक्षा तपासणी आणि वैज्ञानिक संशोधनामध्ये मोठ्या प्रमाणावर केला जातो. एक्स-रे फ्री-इलेक्ट्रॉन लेझर (XFEL) इतर एक्स-रे निर्मिती तंत्रज्ञानाच्या तुलनेत सर्वोच्च एक्स-रे शक्ती अनेक पटींनी वाढवू शकतो, ज्यामुळे एक्स-रेचा उपयोग नॉनलाइनर स्पेक्ट्रोस्कोपी आणि एकल-कण विवर्तन इमेजिंग यांसारख्या उच्च शक्तीची आवश्यकता असलेल्या क्षेत्रांपर्यंत विस्तारतो. अलीकडील यशस्वी अॅटोसेकंद XFEL हे अॅटोसेकंद विज्ञान आणि तंत्रज्ञानातील एक मोठे यश आहे, ज्यामुळे बेंचटॉप एक्स-रे स्रोतांच्या तुलनेत उपलब्ध सर्वोच्च शक्ती सहा पटींपेक्षा जास्त वाढली आहे.
मुक्त इलेक्ट्रॉन लेझररिलेटिव्हिस्टिक इलेक्ट्रॉन बीममधील रेडिएशन फील्ड आणि मॅग्नेटिक ऑसिलेटर यांच्या सततच्या आंतरक्रियेमुळे निर्माण होणाऱ्या सामूहिक अस्थिरतेचा वापर करून, स्वयंस्फूर्त उत्सर्जन पातळीपेक्षा अनेक पटींनी जास्त पल्स ऊर्जा मिळवता येते. हार्ड एक्स-रे रेंजमध्ये (सुमारे ०.०१ एनएम ते ०.१ एनएम तरंगलांबी), बंडल कॉम्प्रेशन आणि पोस्ट-सॅचुरेशन कोनिंग तंत्रांद्वारे एफईएल (FEL) साध्य केले जाते. सॉफ्ट एक्स-रे रेंजमध्ये (सुमारे ०.१ एनएम ते १० एनएम तरंगलांबी), कॅस्केड फ्रेश-स्लाइस तंत्रज्ञानाद्वारे एफईएल (FEL) राबवले जाते. अलीकडेच, एन्हांस्ड सेल्फ-एम्प्लिफाइड स्पॉन्टेनियस एमिशन (ESASE) पद्धतीचा वापर करून १०० गिगावॅटच्या पीक पॉवरचे अॅटोसेकंद पल्स निर्माण केल्याचे वृत्त आहे.
संशोधक संघाने लिनॅक कोहेरेंटमधून बाहेर पडणाऱ्या सॉफ्ट एक्स-रे ॲटोसेकंद पल्सला प्रवर्धित करण्यासाठी एक्सएफईएल (XFEL) वर आधारित द्वि-स्तरीय प्रवर्धन प्रणालीचा वापर केला.प्रकाश स्रोतTW पातळीपर्यंत, नोंदवलेल्या परिणामांपेक्षा परिमाणाच्या क्रमाने सुधारणा. प्रायोगिक मांडणी आकृती १ मध्ये दर्शविली आहे. ESASE पद्धतीवर आधारित, उच्च करंट स्पाइक असलेला इलेक्ट्रॉन बीम मिळवण्यासाठी फोटोकॅथोड एमिटरला मॉड्युलेट केले जाते आणि त्याचा उपयोग अॅटोसेकंद एक्स-रे पल्स निर्माण करण्यासाठी केला जातो. आकृती १ च्या वरच्या डाव्या कोपऱ्यात दाखवल्याप्रमाणे, सुरुवातीचा पल्स इलेक्ट्रॉन बीमच्या स्पाइकच्या पुढच्या कडेला असतो. जेव्हा XFEL संपृक्ततेपर्यंत पोहोचतो, तेव्हा एका चुंबकीय कंप्रेसरद्वारे इलेक्ट्रॉन बीमला एक्स-रेच्या तुलनेत विलंबित केले जाते, आणि नंतर तो पल्स, ESASE मॉड्युलेशन किंवा FEL लेसरद्वारे सुधारित न केलेल्या इलेक्ट्रॉन बीमशी (ताजा स्लाइस) आंतरक्रिया करतो. शेवटी, अॅटोसेकंद पल्सच्या ताज्या स्लाइससोबतच्या आंतरक्रियेद्वारे एक्स-रे अधिक प्रवर्धित करण्यासाठी दुसऱ्या चुंबकीय अंड्युलेटरचा वापर केला जातो.
आकृती १ प्रायोगिक उपकरणाचा आराखडा; या चित्रणात अनुदैर्ध्य फेज स्पेस (इलेक्ट्रॉनचा काल-ऊर्जा आलेख, हिरवा), करंट प्रोफाइल (निळा), आणि प्रथम-श्रेणी प्रवर्धनामुळे निर्माण होणारे विकिरण (जांभळा) दर्शविले आहे. XTCAV, एक्स-बँड ट्रान्सव्हर्स कॅव्हिटी; cVMI, कोॲक्सिअल रॅपिड मॅपिंग इमेजिंग सिस्टीम; FZP, फ्रेनेल बँड प्लेट स्पेक्ट्रोमीटर
सर्व अॅटोसेकंद पल्स नॉईजपासून तयार होतात, त्यामुळे प्रत्येक पल्समध्ये वेगवेगळे स्पेक्ट्रल आणि टाइम-डोमेन गुणधर्म असतात, ज्यांचा संशोधकांनी अधिक तपशीलवार अभ्यास केला. स्पेक्ट्राच्या बाबतीत, त्यांनी वेगवेगळ्या समतुल्य अंड्युलेटर लांबीवर वैयक्तिक पल्सचे स्पेक्ट्रा मोजण्यासाठी फ्रेनेल बँड प्लेट स्पेक्ट्रोमीटरचा वापर केला आणि त्यांना आढळले की दुय्यम प्रवर्धनानंतरही या स्पेक्ट्रांनी गुळगुळीत वेव्हफॉर्म कायम ठेवले, जे दर्शवते की पल्स युनिमोडल राहिले. टाइम डोमेनमध्ये, कोनीय फ्रिंज मोजली जाते आणि पल्सच्या टाइम डोमेन वेव्हफॉर्मचे वैशिष्ट्यीकरण केले जाते. आकृती १ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, एक्स-रे पल्स वर्तुळाकार ध्रुवीकृत इन्फ्रारेड लेझर पल्सवर आच्छादित केली जाते. एक्स-रे पल्सद्वारे आयनीकृत झालेले फोटोइलेक्ट्रॉन इन्फ्रारेड लेझरच्या वेक्टर पोटेन्शिअलच्या विरुद्ध दिशेने स्ट्रीक्स तयार करतील. लेझरचे विद्युत क्षेत्र वेळेनुसार फिरत असल्यामुळे, फोटोइलेक्ट्रॉनचे संवेग वितरण इलेक्ट्रॉन उत्सर्जनाच्या वेळेनुसार निर्धारित होते आणि उत्सर्जन वेळेच्या कोनीय मोड आणि फोटोइलेक्ट्रॉनच्या संवेग वितरणातील संबंध स्थापित केला जातो. फोटोइलेक्ट्रॉन संवेगाचे वितरण कोअॅक्सिअल फास्ट मॅपिंग इमेजिंग स्पेक्ट्रोमीटर वापरून मोजले जाते. वितरण आणि स्पेक्ट्रल परिणामांच्या आधारे, अॅटोसेकंद पल्सेसच्या टाइम-डोमेन वेव्हफॉर्मची पुनर्रचना केली जाऊ शकते. आकृती २ (अ) मध्ये पल्स कालावधीचे वितरण दर्शविले आहे, ज्याचा मध्यक ४४० अॅटोसेकंद आहे. शेवटी, पल्स ऊर्जा मोजण्यासाठी गॅस मॉनिटरिंग डिटेक्टरचा वापर करण्यात आला आणि आकृती २ (ब) मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे पीक पल्स पॉवर आणि पल्स कालावधी यांच्यातील स्कॅटर प्लॉटची गणना करण्यात आली. तीन कॉन्फिगरेशन्स वेगवेगळ्या इलेक्ट्रॉन बीम फोकसिंग परिस्थिती, वेव्हर कोनिंग परिस्थिती आणि चुंबकीय कंप्रेसर विलंब परिस्थितींशी संबंधित आहेत. तीन कॉन्फिगरेशन्समुळे अनुक्रमे १५०, २०० आणि २६० µJ इतकी सरासरी पल्स ऊर्जा मिळाली, ज्याची कमाल पीक पॉवर १.१ TW होती.
आकृती २. (अ) हाफ-हाईट फुल विड्थ (FWHM) पल्स ड्युरेशनचा वितरण हिस्टोग्राम; (ब) पीक पॉवर आणि पल्स ड्युरेशनशी संबंधित स्कॅटर प्लॉट.
याव्यतिरिक्त, या अभ्यासात एक्स-रे बँडमधील सॉलिटॉन-सदृश सुपरएमिशनची घटना प्रथमच नोंदवली गेली, जी प्रवर्धनादरम्यान सतत पल्स लहान होण्याच्या स्वरूपात दिसून येते. हे इलेक्ट्रॉन आणि रेडिएशनमधील तीव्र आंतरक्रियेमुळे घडते, ज्यामध्ये ऊर्जा इलेक्ट्रॉनकडून एक्स-रे पल्सच्या टोकाकडे आणि पल्सच्या मागच्या भागाकडून परत इलेक्ट्रॉनकडे वेगाने हस्तांतरित होते. या घटनेच्या सखोल अभ्यासाद्वारे, सुपररेडिएशन प्रवर्धन प्रक्रिया वाढवून आणि सॉलिटॉन-सदृश मोडमधील पल्स लहान होण्याच्या प्रक्रियेचा फायदा घेऊन, कमी कालावधीचे आणि उच्च शिखर शक्तीचे एक्स-रे पल्स अधिक साध्य करता येतील अशी अपेक्षा आहे.
पोस्ट करण्याची वेळ: २७ मे २०२४