TW class attosecond X-ray pulse laser
កាំរស្មីអ៊ិចទីពីរឡាស៊ែរជីពចរជាមួយនឹងថាមពលខ្ពស់ និងរយៈពេលជីពចរខ្លី គឺជាគន្លឹះក្នុងការសម្រេចបាននូវរូបភាព ultrafast nonlinear spectroscopy និងកាំរស្មី X-ray diffraction។ ក្រុមស្រាវជ្រាវនៅសហរដ្ឋអាមេរិកបានប្រើល្បាក់ពីរដំណាក់កាលឡាស៊ែរអេឡិចត្រុងដោយឥតគិតថ្លៃដើម្បីបញ្ចេញជីពចរនៅវិនាទីដាច់ដោយឡែក។ បើប្រៀបធៀបជាមួយនឹងរបាយការណ៍ដែលមានស្រាប់ ថាមពលកំពូលជាមធ្យមនៃជីពចរត្រូវបានកើនឡើងដោយលំដាប់នៃរ៉ិចទ័រ ថាមពលកំពូលអតិបរមាគឺ 1.1 TW ហើយថាមពលជាមធ្យមគឺច្រើនជាង 100 μJ។ ការសិក្សានេះក៏ផ្តល់នូវភស្តុតាងរឹងមាំសម្រាប់ឥរិយាបថ superradiation ស្រដៀងនឹង soliton នៅក្នុងវាល X-ray ។ឡាស៊ែរថាមពលខ្ពស់។បានជំរុញផ្នែកថ្មីជាច្រើននៃការស្រាវជ្រាវ រួមទាំងរូបវិទ្យាក្នុងវាលខ្ពស់ វិចារណកថាវិនាទី និងឧបករណ៍បង្កើនល្បឿនភាគល្អិតឡាស៊ែរ។ ក្នុងចំណោមឡាស៊ែរគ្រប់ប្រភេទ កាំរស្មីអ៊ិចត្រូវបានប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយក្នុងការធ្វើរោគវិនិច្ឆ័យផ្នែកវេជ្ជសាស្ត្រ ការរកឃើញកំហុសក្នុងឧស្សាហកម្ម ការត្រួតពិនិត្យសុវត្ថិភាព និងការស្រាវជ្រាវវិទ្យាសាស្ត្រ។ កាំរស្មីអ៊ិចអេឡិចត្រុងឡាស៊ែរ (XFEL) អាចបង្កើនថាមពលកាំរស្មីអ៊ិចកំពូលដោយលំដាប់ជាច្រើននៃរ៉ិចទ័រ បើប្រៀបធៀបទៅនឹងបច្ចេកវិទ្យាបង្កើតកាំរស្មីអ៊ិចផ្សេងទៀត ដូច្នេះពង្រីកការអនុវត្តកាំរស្មីអ៊ិចទៅផ្នែកនៃវិសាលគមមិនមែនលីនេអ៊ែរ និងតែមួយ។ ការថតចម្លងភាគល្អិតដែលត្រូវការថាមពលខ្ពស់។ XFEL ដែលទទួលបានជោគជ័យនាពេលថ្មីៗនេះ គឺជាសមិទ្ធិផលដ៏សំខាន់មួយនៅក្នុងវិទ្យាសាស្ត្រ និងបច្ចេកវិជ្ជា attosecond ដោយបង្កើនថាមពលកំពូលដែលមានច្រើនជាង 6 លំដាប់នៃរ៉ិចទ័រ បើប្រៀបធៀបទៅនឹងប្រភពកាំរស្មី X នៅតុ។
ឡាស៊ែរអេឡិចត្រុងដោយឥតគិតថ្លៃអាចទទួលបានថាមពលជីពចរតាមលំដាប់លំដោយដែលខ្ពស់ជាងកម្រិតបញ្ចេញដោយឯកឯង ដោយប្រើអស្ថិរភាពសមូហភាព ដែលបណ្តាលមកពីអន្តរកម្មបន្តនៃវាលវិទ្យុសកម្មនៅក្នុងធ្នឹមអេឡិចត្រុងដែលពឹងផ្អែក និងលំយោលម៉ាញេទិក។ នៅក្នុងជួរកាំរស្មីអ៊ិចរឹង (ប្រហែល 0.01 nm ដល់ 0.1 nm រលក) FEL ត្រូវបានសម្រេចដោយការបង្ហាប់ជាបាច់ និងបច្ចេកទេសក្រោយតិត្ថិភាព។ នៅក្នុងជួរកាំរស្មីអ៊ិចទន់ (ប្រហែល 0.1 nm ទៅ 10 nm រលក) FEL ត្រូវបានអនុវត្តដោយបច្ចេកវិទ្យា cascade fresh-slice ។ ថ្មីៗនេះ ជីពចរមួយវិនាទីដែលមានថាមពលខ្ពស់បំផុតនៃ 100 GW ត្រូវបានគេរាយការណ៍ថាត្រូវបានបង្កើតដោយប្រើវិធីសាស្ត្របំភាយឧស្ម័នដោយឯកឯង (ESASE) ដែលប្រសើរឡើង។
ក្រុមស្រាវជ្រាវបានប្រើប្រព័ន្ធពង្រីកពីរដំណាក់កាលដោយផ្អែកលើ XFEL ដើម្បីពង្រីកទិន្នផលជីពចរ X-ray attosecond ទន់ពី linac coherentប្រភពពន្លឺដល់កម្រិត TW ដែលជាលំដាប់នៃភាពប្រសើរឡើងលើលទ្ធផលដែលបានរាយការណ៍។ ការរៀបចំពិសោធន៍ត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 1។ ដោយផ្អែកលើវិធីសាស្ត្រ ESASE ឧបករណ៍បញ្ចេញ photocathode ត្រូវបានកែប្រែដើម្បីទទួលបានធ្នឹមអេឡិចត្រុងដែលមានចរន្តខ្ពស់ ហើយត្រូវបានប្រើដើម្បីបង្កើតជីពចរ X-ray វិនាទី។ ជីពចរដំបូងមានទីតាំងនៅគែមខាងមុខនៃការកើនឡើងនៃធ្នឹមអេឡិចត្រុង ដូចដែលបានបង្ហាញនៅជ្រុងខាងឆ្វេងខាងលើនៃរូបភាពទី 1។ នៅពេលដែល XFEL ឈានដល់ការឆ្អែត ធ្នឹមអេឡិចត្រុងត្រូវបានពន្យារពេលទាក់ទងទៅនឹងកាំរស្មីអ៊ិចដោយម៉ាស៊ីនបង្ហាប់ម៉ាញេទិក។ ហើយបន្ទាប់មកជីពចរមានអន្តរកម្មជាមួយធ្នឹមអេឡិចត្រុង (ចំណិតស្រស់) ដែលមិនត្រូវបានកែប្រែដោយ ESASE modulation ឬ FEL laser ។ ជាចុងក្រោយ ឧបករណ៍បំលែងម៉ាញេទិកទីពីរត្រូវបានប្រើ ដើម្បីពង្រីកកាំរស្មីអ៊ិចបន្ថែមទៀត តាមរយៈអន្តរកម្មនៃជីពចរ attosecond ជាមួយចំណិតស្រស់។
រូបភព។ 1 ដ្យាក្រាមឧបករណ៍ពិសោធន៍; រូបភាពបង្ហាញពីលំហដំណាក់កាលបណ្តោយ (ដ្យាក្រាមថាមពលពេលវេលានៃអេឡិចត្រុងពណ៌បៃតង) ទម្រង់បច្ចុប្បន្ន (ពណ៌ខៀវ) និងវិទ្យុសកម្មដែលផលិតដោយការពង្រីកលំដាប់ទីមួយ (ពណ៌ស្វាយ)។ XTCAV, X-band transverse cavity; cVMI ប្រព័ន្ធរូបភាពផែនទីរហ័ស coaxial; FZP, Fresnel band plate spectrometer
ជីពចរក្នុងវិនាទីទាំងអស់ត្រូវបានបង្កើតឡើងពីសំលេងរំខាន ដូច្នេះជីពចរនីមួយៗមានលក្ខណៈសម្បត្តិវិសាលគម និងដែនពេលវេលាខុសៗគ្នា ដែលអ្នកស្រាវជ្រាវបានស្វែងយល់យ៉ាងលំអិត។ នៅក្នុងលក្ខខណ្ឌនៃវិសាលគម ពួកគេបានប្រើឧបករណ៍វាស់ស្ទង់បន្ទះ Fresnel band spectrometer ដើម្បីវាស់ស្ទង់វិសាលគមនៃជីពចរនីមួយៗនៅប្រវែង undulator សមមូលផ្សេងៗគ្នា ហើយបានរកឃើញថា វិសាលគមទាំងនេះរក្សាបាននូវទម្រង់រលករលោង ទោះបីជាបន្ទាប់ពីការពង្រីកបន្ទាប់បន្សំក៏ដោយ ដែលបង្ហាញថាជីពចរនៅតែមិនមានការប្រែប្រួល។ នៅក្នុងដែនពេលវេលា ស៊ុមមុំត្រូវបានវាស់ ហើយទម្រង់រលកដែនពេលវេលានៃជីពចរត្រូវបានកំណត់លក្ខណៈ។ ដូចដែលបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 1 ជីពចរកាំរស្មីអ៊ិចត្រូវបានត្រួតលើគ្នាជាមួយនឹងជីពចរឡាស៊ែរអ៊ីនហ្វ្រារ៉េដរាងជារង្វង់។ សារធាតុ photoelectrons ionized ដោយ X-ray pulse នឹងបង្កើត streaks ក្នុងទិសដៅផ្ទុយទៅនឹង vector potential នៃ laser infrared។ ដោយសារតែវាលអគ្គិសនីនៃឡាស៊ែរបង្វិលតាមពេលវេលា ការបែងចែកសន្ទុះនៃ photoelectron ត្រូវបានកំណត់ដោយពេលវេលានៃការបំភាយអេឡិចត្រុង ហើយទំនាក់ទំនងរវាងរបៀបមុំនៃពេលវេលាបញ្ចេញ និងការចែកចាយសន្ទុះនៃ photoelectron ត្រូវបានបង្កើតឡើង។ ការចែកចាយនៃសន្ទុះ photoelectron ត្រូវបានវាស់ដោយប្រើ spectrometer រូបភាពផែនទីរហ័ស coaxial ។ ដោយផ្អែកលើលទ្ធផលនៃការចែកចាយ និងវិសាលគម ទម្រង់រលកដែនពេលវេលានៃជីពចរ attosecond អាចត្រូវបានបង្កើតឡើងវិញ។ រូបភាពទី 2 (a) បង្ហាញពីការចែកចាយនៃរយៈពេលជីពចរដែលមានមធ្យមភាគ 440 ដូច។ ជាចុងក្រោយ ឧបករណ៍ត្រួតពិនិត្យឧស្ម័នត្រូវបានប្រើដើម្បីវាស់ថាមពលជីពចរ ហើយគ្រោងការខ្ចាត់ខ្ចាយរវាងថាមពលជីពចរកំពូល និងរយៈពេលជីពចរ ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 2 (ខ) ត្រូវបានគណនា។ ការកំណត់រចនាសម្ព័ន្ធទាំងបីត្រូវគ្នាទៅនឹងលក្ខខណ្ឌនៃការផ្តោតអារម្មណ៍របស់ធ្នឹមអេឡិចត្រុងផ្សេងគ្នា លក្ខខណ្ឌនៃការវិលជុំ និងលក្ខខណ្ឌពន្យាពេលម៉ាស៊ីនបង្ហាប់ម៉ាញេទិក។ ការកំណត់រចនាសម្ព័ន្ធទាំងបីបានផ្តល់ថាមពលជីពចរជាមធ្យម 150, 200 និង 260 µJ រៀងគ្នាជាមួយនឹងថាមពលអតិបរមា 1.1 TW ។
រូបភាពទី 2. (a) ការចែកចាយអ៊ីស្តូក្រាមនៃកម្ពស់ពាក់កណ្តាលទទឹងពេញ (FWHM) រយៈពេលជីពចរ; (ខ) គ្រោងការខ្ចាត់ខ្ចាយដែលត្រូវគ្នាទៅនឹងថាមពលកំពូល និងរយៈពេលជីពចរ
លើសពីនេះ ការសិក្សាក៏បានសង្កេតឃើញជាលើកដំបូងនូវបាតុភូតនៃការបញ្ចេញពន្លឺដូចសូលីតុននៅក្នុងក្រុមកាំរស្មីអ៊ិច ដែលលេចឡើងជាការបន្ថយជីពចរបន្តក្នុងពេលពង្រីក។ វាត្រូវបានបង្កឡើងដោយអន្តរកម្មខ្លាំងរវាងអេឡិចត្រុង និងវិទ្យុសកម្ម ជាមួយនឹងថាមពលផ្ទេរយ៉ាងលឿនពីអេឡិចត្រុងទៅក្បាលជីពចរកាំរស្មីអ៊ិច និងត្រលប់ទៅអេឡិចត្រុងពីកន្ទុយជីពចរ។ តាមរយៈការសិក្សាស៊ីជម្រៅនៃបាតុភូតនេះ វាត្រូវបានគេរំពឹងថា ជីពចរកាំរស្មីអ៊ិចដែលមានរយៈពេលខ្លីជាង និងថាមពលកំពូលខ្ពស់អាចត្រូវបានដឹងបន្ថែមទៀតដោយការពង្រីកដំណើរការពង្រីក superradiation និងទាញយកអត្ថប្រយោជន៍ពីការបន្ថយជីពចរនៅក្នុងរបៀប soliton-like ។
ពេលវេលាបង្ហោះ៖ ថ្ងៃទី២៧ ខែឧសភា ឆ្នាំ២០២៤