ஒத்திசைவான மற்றும் அல்ட்ராஷார்ட் மென்மையான எக்ஸ்ரே துடிப்புகளை உருவாக்குவதற்கான புதிய அணுகுமுறை

சைனீஸ் அகாடமி ஆஃப் சயின்ஸின் ஷாங்காய் மேம்பட்ட ஆராய்ச்சி நிறுவனத்தின் ஆராய்ச்சிக் குழு, ஒத்திசைவான மற்றும் அல்ட்ராஷார்ட் மென்மையான எக்ஸ்ரே துடிப்புகளை உருவாக்குவதற்கு எதிரொலி-இயக்கப்பட்ட ஹார்மோனிக் கேஸ்கேட் (EEHC-Echo-Enabled Harmonic Cascade) எனப்படும் வெளிப்புற விதைப்பு பொறிமுறையை முன்மொழிந்துள்ளது.

முடிவுகள் ஆப்டிகாவில் வெளியிடப்பட்டன.

எக்ஸ்ரே பகுதியில் செறிவுடைய, ட்யூன் செய்யக்கூடிய மற்றும் முழுமையாக ஒத்திசைவான துடிப்புகளை உருவாக்குவது லேசர் தொழில்நுட்பங்களுக்கு நீண்டகால சவாலாக உள்ளது. செறிவுடைய எக்ஸ்ரே ஒளி மூலங்களின் அவசரத் தேவை எக்ஸ்ரே கட்டுறா-எலக்ட்ரான் லேசர்களை (FELs-Free-Electron Lasers) உருவாக்கத் தூண்டியது. இருப்பினும், தற்போது இருக்கும் பெரும்பாலான X-ray FEL வசதிகள் வரையறுக்கப்பட்ட தற்காலிக ஒத்திசைவு மற்றும் பெரிய ஷாட்-டு-ஷாட் ஏற்ற இறக்கங்களை எதிர்கொள்கின்றன.

“லேசர் போன்ற” FEL-ஐ உருவாக்குவதற்கான ஒரு திறமையான வழி, ஆதாயச் செயல்பாட்டில் ஆதிக்கம் செலுத்துவதற்கும் வெளியீட்டு பண்புகளைக் கட்டுப்படுத்துவதற்கும் வெளிப்புற லேசர் மூலத்தை “விதை”யாகப் பயன்படுத்துவதாகும். விதைக்கப்பட்ட FEL-களின் தற்போதைய வரம்புகள் குறைந்த ஹார்மோனிக் அப்-கன்வெர்ஷன் செயல்திறன் மற்றும் நீண்ட வெளியீட்டு துடிப்பு காலம் ஆகும்.

முன்மொழியப்பட்ட EEHC பொறிமுறையானது முதல் கட்டமாக எதிரொலி-செயல்படுத்தப்பட்ட ஹார்மோனிக் தலைமுறையைப் பயன்படுத்துகிறது, இது தீவிரமான தீவிர புற ஊதா துடிப்புகளை உருவாக்குகிறது, இது இரண்டாம் நிலை எக்ஸ்-ரே கட்டுறா-எலக்ட்ரான் லேசரை (FEL) உயர்-ஆதாய ஹார்மோனிக் தலைமுறை அமைப்போடு கொடுக்கிறது.

25 fs முதல் 55 fs வரை ட்யூன் செய்யக்கூடிய துடிப்பு கால அளவு கொண்ட 100 மெகாவாட் பீக் பவர், டிரான்ஸ்ஃபார்ம்-லிமிடெட் மென் எக்ஸ்ரே துடிப்புகளை உருவாக்க முடியும் என்று பொறிமுறை காட்டுகிறது. முந்தைய நிரூபிக்கப்பட்ட விதைக்கப்பட்ட FEL பொறிமுறைகளுடன் ஒப்பிடுகையில், EEHC ஆனது அதிக ஹார்மோனிக் அப்-கன்வெர்ஷன் செயல்திறன் மற்றும் ட்யூன் செய்யக்கூடிய துடிப்பு கால அளவு ஆகியவற்றின் மேன்மைகளைக் கொண்டுள்ளது.

தற்காலிக ஒத்திசைவைத் தவிர, தனிமைப்படுத்தப்பட்ட அல்ட்ராஷார்ட் துடிப்புகளை உருவாக்குவதில் EEHC இன் தனித்துவமான அம்சத்தையும் ஆராய்ச்சியாளர்கள் நிரூபித்துள்ளனர். இந்த EEHC பொறிமுறையின் உச்ச உயர் அதிர்வெண் மாற்றும் திறன் மற்றும் நெகிழ்வான துடிப்பு நீளக் கட்டுப்பாடு ஆகியவை விதையின் ஒத்திசைவைப் பாதுகாக்கும் போது விதைக்கப்பட்ட FEL-களின் தற்போதைய வரம்புகளை மீற அனுமதிக்கிறது.

References:

• Wang, X., Feng, C., Faatz, B., Zhang, W., & Zhao, Z. (2022). High-repetition-rate seeded free-electron laser with direct-amplification of an external coherent laser. New Journal of Physics, 24(3), 033013.
• Yang, H., Yan, J., Zhu, Z., & Deng, H. (2022). Optimization and stability analysis of the cascaded EEHG-HGHG free-electron laser. arXiv preprint arXiv:2205.01831.
• Marinelli, A., Hemsing, E., & Rosenzweig, J. B. (2013). Using the relativistic two-stream instability for the generation of soft-x-ray attosecond radiation pulses. Physical Review Letters, 110(6), 064804.
• Ackermann, S., Faatz, B., Grattoni, V., Kazemi, M. M., Lang, T., Lechner, C., & Hillert, W. (2020). Novel method for the generation of stable radiation from free-electron lasers at high repetition rates. Physical Review Accelerators and Beams, 23(7), 071302.
• Ding, Y., Behrens, C., Emma, P., Frisch, J., Huang, Z., Loos, H., & Wang, M. H. (2011). Femtosecond x-ray pulse temporal characterization in free-electron lasers using a transverse deflector. Physical Review Special Topics-Accelerators and Beams, 14(12), 120701.