TW class attosecond X-ray pulse လေဆာ
ဒုတိယ ဓာတ်မှန်သွေးခုန်နှုန်းလေဆာမြင့်မားသောပါဝါနှင့် တိုတောင်းသော သွေးခုန်နှုန်းကြာချိန်တို့သည် အလွန်မြန်ဆန်သော လိုင်းမဟုတ်သော spectroscopy နှင့် X-ray ကွဲပြားသောပုံရိပ်ကိုရရှိရန် သော့ချက်ဖြစ်သည်။ အမေရိကန်ပြည်ထောင်စုရှိ သုတေသနအဖွဲ့သည် အဆင့်နှစ်ဆင့်ရှိသော အကာများကို အသုံးပြုခဲ့သည်။ဓာတ်မှန်အခမဲ့အီလက်ထရွန်လေဆာများdiscrete attosecond ပဲမျိုးစုံထွက်ရှိရန်။ လက်ရှိအစီရင်ခံစာများနှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက ပဲမျိုးစုံ၏ ပျမ်းမျှအထွတ်အထိပ်စွမ်းအားသည် ပြင်းအားအစီအစဥ်တစ်ခုဖြင့် တိုးလာသည်၊ အမြင့်ဆုံးစွမ်းအားမှာ 1.1 TW ဖြစ်ပြီး ပျမ်းမျှစွမ်းအင်မှာ 100 μJ ထက်ပိုပါသည်။ လေ့လာမှုသည် X-ray နယ်ပယ်ရှိ soliton ကဲ့သို့သော superradiation ပြုမူမှုအတွက် ခိုင်မာသော အထောက်အထားများ ပေးဆောင်ပါသည်။စွမ်းအင်မြင့်လေဆာများနယ်ပယ်မြင့် ရူပဗေဒ၊ attosecond spectroscopy နှင့် လေဆာအမှုန်များ အရှိန်မြှင့်စက်များ အပါအဝင် သုတေသနနယ်ပယ်အသစ်များစွာကို မောင်းနှင်ပေးခဲ့သည်။ လေဆာအမျိုးမျိုးတို့တွင် X-rays များကို ဆေးဘက်ဆိုင်ရာရောဂါရှာဖွေခြင်း၊ စက်မှုချို့ယွင်းချက်ရှာဖွေခြင်း၊ ဘေးကင်းရေးစစ်ဆေးခြင်းနှင့် သိပ္ပံနည်းကျသုတေသနများတွင် တွင်ကျယ်စွာအသုံးပြုပါသည်။ X-ray အခမဲ့အီလက်ထရွန်လေဆာ (XFEL) သည် အခြားသော X-ray မျိုးဆက်နည်းပညာများနှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက ပြင်းအားအမြောက်အမြားဖြင့် X-ray ပါဝါကို တိုးမြှင့်ပေးကာ X-rays ၏ အသုံးချမှုကို linear spectroscopy နယ်ပယ်သို့ တိုးချဲ့ကာ single- ပါဝါမြင့်မားရန်လိုအပ်သည့် particle diffraction ပုံရိပ်။ မကြာသေးမီက အောင်မြင်ခဲ့သော attosecond XFEL သည် benchtop X-ray ရင်းမြစ်များနှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက ရရှိနိုင်သော အထွတ်အထိပ်စွမ်းအားကို ခြောက်ခုထက်ပိုသော စွမ်းအားကို မြှင့်တင်ပေးပါသည်။
အခမဲ့အီလက်ထရွန်လေဆာများနှိုင်းယှဥ်အီလက်ထရွန် beam နှင့် magnetic oscillator အတွင်းရှိ ဓာတ်ရောင်ခြည်စက်ကွင်း၏ စဉ်ဆက်မပြတ် အပြန်အလှန်တုံ့ပြန်မှုကြောင့် ဖြစ်ပေါ်လာသော စုပေါင်းမတည်မငြိမ်မှုကို အသုံးပြု၍ အလိုအလျောက်ထုတ်လွှတ်မှုအဆင့်ထက် ပြင်းအားထက် ပြင်းအား အများအပြားကို ရရှိနိုင်သည်။ ပြင်းထန်သော X-ray အကွာအဝေး (0.01 nm မှ 0.1 nm လှိုင်းအလျားခန့်) တွင် FEL ကို အတွဲလိုက်ချုံ့ခြင်းနှင့် ရွှဲရွှဲလွန်ကဲသော နည်းစနစ်များဖြင့် ရရှိသည်။ ပျော့ပျောင်းသော X-ray အကွာအဝေး (0.1 nm မှ 10 nm လှိုင်းအလျား) တွင် FEL ကို cascade fresh-slice နည်းပညာဖြင့် အကောင်အထည်ဖော်သည်။ မကြာသေးမီက၊ အမြင့်ဆုံးပါဝါ 100 GW ရှိသော attosecond pulses များကို မြှင့်တင်ထားသော self-amplified spontaneous emission (ESASE) method ကို အသုံးပြု၍ ထုတ်လုပ်ခဲ့ကြောင်း အစီရင်ခံထားပါသည်။
သုတေသနအဖွဲ့သည် linac coherent မှပျော့ပျောင်းသော X-ray attosecond pulse output ကိုချဲ့ထွင်ရန်အတွက် XFEL ကိုအခြေခံ၍ အဆင့်နှစ်ဆင့်ချဲ့စနစ်အား အသုံးပြုခဲ့သည်။အလင်းအရင်းအမြစ်TW အဆင့်အထိ၊ အစီရင်ခံထားသော ရလဒ်များထက် ပြင်းအား တိုးလာခြင်းဖြစ်သည်။ စမ်းသပ်တပ်ဆင်မှုကို ပုံ 1 တွင်ပြသထားသည်။ ESASE နည်းလမ်းကိုအခြေခံ၍ photocathode emitter ကို မြင့်မားသောလက်ရှိ spike ရှိသော အီလက်ထရွန်အလင်းတန်းတစ်ခုရရှိရန် ပြုပြင်ထားပြီး attosecond X-ray pulses များထုတ်လုပ်ရန်အသုံးပြုပါသည်။ ပုံ 1 ၏ဘယ်ဘက်အပေါ်ထောင့်တွင်ဖော်ပြထားသည့်အတိုင်းအီလက်ထရွန်အလင်းတန်း၏ရှေ့အစွန်းတွင်ရှိသောသွေးခုန်နှုန်းသည် XFEL ၏ပြည့်ဝဆီရောက်ရှိသောအခါ၊ သံလိုက်ကွန်ပရက်ဆာဖြင့် X-ray နှင့်နှိုင်းယှဉ်ပါက၊ ထို့နောက် သွေးခုန်နှုန်းသည် ESASE သို့မဟုတ် FEL လေဆာဖြင့် ပြုပြင်မွမ်းမံထားသော အီလက်ထရွန်အလင်းတန်း (လတ်ဆတ်သောအချပ်) နှင့် ဓါတ်ပြုပါသည်။ နောက်ဆုံးတွင်၊ လတ်ဆတ်သောအချပ်များနှင့် attosecond pulses များ၏အပြန်အလှန်ဆက်သွယ်မှုမှတဆင့် X-rays ကိုပိုမိုချဲ့ထွင်ရန်အတွက်ဒုတိယသံလိုက်လှိုင်းခွဲစက်ကိုအသုံးပြုသည်။
သဖန်းသီး။ 1 စမ်းသပ်ကိရိယာ ပုံကြမ်း၊ သရုပ်ဖော်ပုံသည် အရှည်လိုက်အဆင့်နေရာ (အီလက်ထရွန်၏ အချိန်စွမ်းအင်ပုံကြမ်း၊ အစိမ်းရောင်)၊ လက်ရှိပရိုဖိုင် (အပြာ) နှင့် ပထမအော်ဒါချဲ့ခြင်း (ခရမ်းရောင်) မှ ထုတ်လုပ်သော ရောင်ခြည်များကို ပြသထားသည်။ XTCAV၊ X-band transverse cavity; cVMI၊ coaxial လျင်မြန်သောမြေပုံထုတ်ခြင်းစနစ်၊ FZP၊ Fresnel တီးဝိုင်းပြား spectrometer
attosecond pulses အားလုံးကို ဆူညံသံမှ တည်ဆောက်ထားသောကြောင့် pulse တစ်ခုစီတွင် မတူညီသော spectral နှင့် time-domain ဂုဏ်သတ္တိများ ရှိသည်၊ Spectra ၏သတ်မှတ်ချက်အရ၊ ၎င်းတို့သည် မတူညီသောညီမျှသော undulator အရှည်များဖြင့် ပဲမျိုးစုံတစ်ဉီးချင်းစီ၏ Spectra ကို တိုင်းတာရန် Fresnel band plate spectrometer ကိုအသုံးပြုခဲ့ပြီး၊ အဆိုပါ spectra သည် ဒုတိယချဲ့ထွင်ပြီးနောက်တွင်ပင် ချောမွေ့သောလှိုင်းပုံစံများကို ထိန်းသိမ်းထားနိုင်ကာ ပဲမျိုးစုံသည် ပုံမှန်မဟုတ်ကြောင်း ညွှန်ပြနေပါသည်။ time domain တွင်၊ angular fringe ကို တိုင်းတာပြီး pulse ၏ time domain waveform သည် သွင်ပြင်လက္ခဏာဖြစ်သည်။ ပုံ 1 တွင် ပြထားသည့်အတိုင်း X-ray pulse သည် စက်ဝိုင်းပုံ ပိုလာရှိသော အနီအောက်ရောင်ခြည် လေဆာသွေးခုန်နှုန်းဖြင့် ထပ်နေပါသည်။ X-ray pulse မှ ionized သော photoelectron များသည် infrared လေဆာ၏ vector ဖြစ်နိုင်ချေနှင့် ဆန့်ကျင်ဘက် ဦးတည်ချက်တွင် streak များကို ထုတ်ပေးမည်ဖြစ်ပါသည်။ လေဆာ၏လျှပ်စစ်စက်ကွင်းသည် အချိန်နှင့်အမျှ လည်ပတ်နေသောကြောင့် ဖိုအီလက်ထရွန်၏ အရှိန်အဟုန် ဖြန့်ဖြူးမှုကို အီလက်ထရွန်ထုတ်လွှတ်သည့်အချိန်က ဆုံးဖြတ်ပြီး ထုတ်လွှတ်သည့်အချိန်၏ ထောင့်ကွေးမုဒ်နှင့် ဖိုအီလက်ထရွန်၏ အရှိန်အဟုန် ဖြန့်ဖြူးမှုကြား ဆက်နွယ်မှုကို ထူထောင်ထားသည်။ photoelectron အရှိန်အဟုန် ဖြန့်ဖြူးမှုကို coaxial fast mapping imaging spectrometer ဖြင့် တိုင်းတာသည်။ ဖြန့်ဖြူးမှုနှင့် ရောင်စဉ်တန်းရလဒ်များအပေါ် အခြေခံ၍ attosecond pulses ၏ time-domain waveform ကို ပြန်လည်တည်ဆောက်နိုင်ပါသည်။ ပုံ 2 (က) သည် ပျမ်းမျှအားဖြင့် 440 ဖြင့် သွေးခုန်နှုန်းပျံ့နှံ့မှုကို ပြသသည်။ နောက်ဆုံးတွင်၊ သွေးခုန်နှုန်းစွမ်းအင်ကို တိုင်းတာရန်အတွက် ဓာတ်ငွေ့စောင့်ကြည့်ထောက်လှမ်းသည့်ကိရိယာကို အသုံးပြုပြီး pulse power နှင့် pulse ကြာချိန်တို့ကြားတွင် ပုံ 2 (ခ) တွင် ပြထားသည့်အတိုင်း ဖြန့်ကျက်မှုကို တွက်ချက်ခဲ့သည်။ ဖွဲ့စည်းမှုသုံးမျိုးသည် မတူညီသော အီလက်ထရွန်အလင်းတန်းများကို အာရုံစူးစိုက်သည့်အခြေအနေများ၊ ယိမ်းယိုင်နေသော coning အခြေအနေများနှင့် သံလိုက်ကွန်ပရက်ဆာနှောင့်နှေးမှုအခြေအနေများနှင့် သက်ဆိုင်သည်။ ဖွဲ့စည်းမှုသုံးခုသည် ပျမ်းမျှသွေးခုန်နှုန်း 150၊ 200 နှင့် 260 µJ အသီးသီးရှိပြီး အမြင့်ဆုံးစွမ်းအား 1.1 TW ဖြင့် ထုတ်ပေးသည်။
ပုံ 2. (က) တစ်ဝက်အမြင့် ဖြန့်ဝေမှု ဟစ်စတိုဂရမ် အပြည့်အစုံ (FWHM) သွေးခုန်နှုန်းကြာချိန်၊ (ခ) အထွတ်အထိပ် ပါဝါနှင့် သွေးခုန်နှုန်း ကြာချိန်တို့နှင့် သက်ဆိုင်သည့် ဖြန့်ကြက်မှု
ထို့အပြင်၊ လေ့လာမှုသည် ချဲ့ထွင်စဉ်အတွင်း ဆက်တိုက်သွေးခုန်နှုန်းတိုသွားသည့် X-ray band ရှိ soliton-like superemission ဖြစ်စဉ်ကို ပထမဆုံးအကြိမ်အဖြစ် လေ့လာတွေ့ရှိခဲ့သည်။ ၎င်းသည် အီလက်ထရွန်နှင့် ဓာတ်ရောင်ခြည်များကြားတွင် ပြင်းထန်သော အပြန်အလှန်အကျိုးသက်ရောက်မှုကြောင့် ဖြစ်ပေါ်လာသော စွမ်းအင်သည် အီလက်ထရွန်မှ X-ray pulse ၏ ဦးခေါင်းသို့ လျင်မြန်စွာ ကူးပြောင်းသွားပြီး pulse ၏အမြီးမှ အီလက်ထရွန်သို့ ပြန်သွားခြင်းဖြစ်သည်။ ဤဖြစ်စဉ်ကို နက်ရှိုင်းစွာ လေ့လာခြင်းဖြင့်၊ ပိုတိုတောင်းသော ကြာချိန်နှင့် မြင့်မားသော peak power ရှိသော X-ray pulses များကို superradiation amplification process ကို တိုးချဲ့ပြီး soliton-like mode တွင် pulse shortening ၏ အခွင့်ကောင်းကို ရယူခြင်းဖြင့် ပိုမိုသိရှိနိုင်မည်ဟု မျှော်လင့်ပါသည်။
စာတိုက်အချိန်- မေလ ၂၇-၂၀၂၄