TWクラスATTOSECOND X線パルスレーザー
ATTOSECOND X-RAYパルスレーザー高出力と短いパルス期間は、超高速非線形分光法とX線回折イメージングを実現するための鍵です。米国の研究チームは2段階のカスケードを使用しましたX線フリー電子レーザー離散アト秒パルスを出力します。既存のレポートと比較して、パルスの平均ピーク電力は数桁増加し、最大ピーク電力は1.1 tw、中央値エネルギーは100μJを超えます。この研究では、X線フィールドでのソリトンのような超放射挙動の強力な証拠も提供しています。高エネルギーレーザー高磁場物理学、アト秒分光法、レーザー粒子加速器など、多くの新しい研究分野を駆動しました。あらゆる種類のレーザーの中で、X線は医療診断、産業上の欠陥検出、安全検査、科学的研究で広く使用されています。 X線フリーエレクトロンレーザー（XFEL）は、他のX線生成技術と比較してピークX線電力を数桁増加させることができ、したがって、高出力が必要な非線形分光法と単一粒子回折イメージングのフィールドにX線の適用を拡張します。最近の成功したAttosecond XFELは、Attosecond Science and Technologyの主要な成果であり、ベンチトップX線源と比較して、利用可能なピーク電力を6桁以上増加させています。
遊離電子レーザー相対論的電子ビームと磁気発振器の放射場の連続的な相互作用によって引き起こされる、集合的な不安定性を使用して、自然発光レベルよりもはるかに多くの桁のエネルギーを得ることができます。ハードX線範囲（約0.01 nmから0.1 nm波長）では、FELはバンドル圧縮と飽和度のコーンテクニックによって達成されます。ソフトX線範囲（約0.1 nmから10 nmの波長）では、FELはCascade Fresh-Sliceテクノロジーによって実装されています。最近、100 GWのピーク電力を備えたアト秒パルスが、強化された自己増幅された自発放出（ESASE）メソッドを使用して生成されることが報告されています。
研究チームは、XFELに基づいた2段階の増幅システムを使用して、LINACコヒーレントからのソフトX線アスト秒パルス出力を増幅しました光源TWレベルまで、報告された結果よりも1桁改善されました。実験セットアップを図1に示します。ESaseメソッドに基づいて、光電極エミッターが変調され、高電流スパイクがある電子ビームが得られ、アトセカンドX線パルスを生成するために使用されます。初期パルスは、図1の左上隅に示すように、電子ビームのスパイクの前端にあります。XFELが飽和に達すると、電子ビームが磁気圧縮機によってX線に対して遅延し、パルスはESaseモジュレーションまたはフェルレーザーによって変更されない電子ビーム（新鮮なスライス）と相互作用します。最後に、2番目の磁気反整形器を使用して、アト秒パルスと新鮮なスライスとの相互作用を通じてX線をさらに増幅します。
イチジク。 1つの実験デバイス図。図は、縦位相空間（電子、緑の時間エネルギー図）、現在のプロファイル（青）、および一次増幅（紫）によって生成される放射を示しています。 XTCAV、Xバンド横断空洞; CVMI、同軸高速マッピングイメージングシステム。 FZP、フレネルバンドプレート分光計
すべてのアト秒パルスはノイズから構築されているため、各パルスには異なるスペクトルと時間領域の特性があり、研究者はより詳細に調査しました。スペクトルに関しては、フレネルバンドプレート分光計を使用して、異なる等価性アンデュレーターの長さで個々のパルスのスペクトルを測定し、これらのスペクトルが二次増幅後でも滑らかな波形を維持し、パルスが単峰性のままであることを示していることがわかりました。時間領域では、角角フリンジが測定され、パルスの時間領域波形が特徴付けられます。図1に示すように、X線パルスは、円形偏光赤外線レーザーパルスと重複しています。 X線パルスによってイオン化された光電子は、赤外線レーザーのベクトル電位とは反対の方向に縞を生成します。レーザーの電界は時間とともに回転するため、光電子の運動量分布は電子放射の時間によって決定され、放射時間の角度モードと光電子の運動量分布との関係が確立されます。光電子運動量の分布は、同軸高速マッピングイメージング分光計を使用して測定されます。分布の結果とスペクトルの結果に基づいて、アト秒パルスの時間領域波形を再構築できます。図2（a）は、パルス期間の分布を示しており、中央値は440 Asです。最後に、ガス監視検出器を使用してパルスエネルギーを測定し、図2（b）に示すように、ピークパルス出力とパルス持続時間の間の散布図が計算されました。 3つの構成は、異なる電子ビームの焦点条件、ウェーバーコーン状態、磁気圧縮機の遅延条件に対応しています。 3つの構成では、それぞれ150、200、および260 µJの平均パルスエネルギーが得られ、最大ピーク出力は1.1 twでした。
図2。 （b）ピーク電力とパルス期間に対応する散布図
さらに、この研究では、増幅中に連続パルス短縮として現れるX線帯のソリトンのような超発光の現象も初めて観察されました。それは、電子と放射の間の強い相互作用によって引き起こされ、エネルギーは電子からX線パルスの頭に急速に伝達され、パルスの尾から電子に戻ります。この現象の詳細な研究を通じて、スーパー放射線の増幅プロセスを拡張し、ソリトン様モードでのパルス短縮を利用することにより、X線パルスがより短く、ピーク電力が高くなることがさらに実現できると予想されます。
投稿時間：5月27日 - 2024年