Høj lysstyrke attosecond røntgenfri elektronlasere baseret på bølgefrontkontrol

Ultrahurtig videnskab har gjort store fremskridt i de seneste år. Attosekundpulser med fotonenergier, der ligger i det bløde røntgenområde svarende til stofets fundamentale absorptionskanter, tillader studiet af elektrondynamik i levende biologiske prøver og næste generations halvledermaterialer - såsom diamant og grafen.

Det presserende behov for intense attosekundsimpulser ved røntgenbølgelængder, især i vandvindueområdet, har fremmet udviklingen af ​​attosekund-røntgenfrielektronlasere (FEL'er). En almindelig metode til at producere ultrahurtige pulser er den forbedrede selvforstærkede spontane emission (ESASE) teknik, og der er mange forbedringer baseret på ESASE for yderligere at forbedre spidseffekten eller forkorte pulsvarigheden.

Det er stadig meget udfordrende at generere stabile og isolerede røntgenimpulser med varigheder på flere tiere af attosekunder, da SASE starter fra elektronstråleskudsstøj, og den korteste impulsvarighed i sidste ende begrænses af glidelængden. For at overvinde disse problemer er flere metoder baseret på den ekkoaktiverede harmoniske generering (EEHG) blevet foreslået. Men i disse metoder kræves der generelt få-cyklus-laserimpulser, hvilket fører til yderligere udfordringer for lasergenerering og -transmission.

Forfatterne til nyt værk offentliggjort i Ultrafast Science foreslå en enkel og gennemførlig metode baseret på EEHG til at generere intense isolerede røntgenimpulser, der dækker vand-vinduesområdet med en varighed på titusvis af attosekunder. Skemaet af den foreslåede ordning svarer til den konventionelle EEHG-opsætning. Forskellen er, at den anden frølaser erstattes af en bølgefrontrotationslaser (WFR), dvs. frølaseren sendes gennem et spredningselement - f.eks. dobbeltgitter - for at inducere spatiotemporal kobling og styre strålens bølgefront.

WFR-laserens funktion er at skræddersy den langsgående profil af strålingsimpulsen. På grund af følsomheden af ​​frøet FEL over for eksterne lasere, kan denne metode effektivt hæmme sammenklumpningen på begge sider, mens den bevarer en isoleret sammenklumpning i midten.

De genererede isolerede attosekund-impulser er naturlig synkronisering med eksterne lasere, hvilket gør dem i stand til at drive højopløsnings-pumpe-probe-eksperimenter og giver en ny vej til attosekund-videnskab. Sammenlignet med tidligere metoder med få-cyklus lasere, kræver den foreslåede metode kun en 100 fs konventionel laser, hvilket i høj grad lemper kravene til frølaseren og gør den pålidelig baseret på nuværende eksisterende FEL faciliteter.

Denne form for sammenhængende røntgenlyskilder kan gøre det muligt at studere valenselektronernes elektroniske dynamik med en tidsskala på omkring 100 attosekunder og kan åbne op for en ny grænse for ultrahurtig videnskab. + Udforsk yderligere

Ny tilgang til generering af sammenhængende og ultrakorte bløde røntgenimpulser