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自由电子激光器生成200阿秒X射线脉冲

发布:opticsphotonics    |    2017-10-12 09:55    阅读:332
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使用X射线自由电子激光器产生了仅200阿秒长的硬x射线的单个尖峰。

摘自S. Huang et al et al., Phys.Rev.(2017)APS / Alan Stonebraker

为了捕获控制许多化学和磁过程中电子的快速运动,研究人员需要使用阿秒(as)时间范围内的x射线闪光灯。阿秒脉冲通常由红外光子激光器的高次谐波产生,但是在x射线波长处,这种脉冲往往太弱而无法使用。加利福尼亚州斯坦福直线加速器中心(SLAC)国家加速器实验室的Yuantao Ding和他的同事采取了更直接的方法,它们使用SLAC的X射线自由电子激光器(XFEL)——直线加速器相干光源(LCLS)来生成200阿秒的x射线脉冲。到目前为止,X射线自由电子激光器(XFEL)产生的最短脉冲已经达到了几飞秒。

在X射线自由电子激光器(XFEL)中,电子束首先在射频(rf)空腔中被加速,然后在磁性“减速弯道”中被压缩,这时主要根据其速度改变电子偏转的轨迹。最后,穿过被称为波动器的磁性装置时,电子束将以锯齿形方式传播,在其中它们会发射持续时间在飞秒量级的x射线脉冲。在2014年,包括LCLS小组在内的联合研发团队提出了一种调整空腔和减速弯道以实现更短脉冲的方法。产生最短电子束的装置被代替,改进的装置将产生前端是高密度电子、尾部是低密度电子的电子束。在波荡器中,只有高密度部分具有足够的强度产生激光,结果导致X射线脉冲有几百阿秒。

研究人员现在已经提出并实施了自己的建议。通过优化射频(rf)腔的电压和电子束的荷电量,它们能够在5.6千电子伏特和9千电子伏特下产生200阿秒的脉冲。该方案利用现有的XFEL硬件,它适用于不同的能量范围,因此可以在现有的XFEL设备下实施而不需要复杂的升级。

来源:https://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.119.154801

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