TW ক্লাস অ্যাটোসেকেন্ড এক্স-রে পালস লেজার

TW ক্লাস অ্যাটোসেকেন্ড এক্স-রে পালস লেজার
অ্যাটোসেকেন্ড এক্স-রেপালস লেজারউচ্চ শক্তি এবং সংক্ষিপ্ত নাড়ির সময়কাল অতি দ্রুত ননলাইনার স্পেকট্রোস্কোপি এবং এক্স-রে ডিফ্র্যাকশন ইমেজিং অর্জনের চাবিকাঠি। মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের গবেষণা দল দুটি পর্যায়ের একটি ক্যাসকেড ব্যবহার করেছেএক্স-রে বিনামূল্যে ইলেকট্রন লেজারআউটপুট বিযুক্ত attosecond ডাল. বিদ্যমান প্রতিবেদনের সাথে তুলনা করে, ডালের গড় শিখর শক্তি মাত্রার একটি ক্রম দ্বারা বৃদ্ধি পায়, সর্বোচ্চ সর্বোচ্চ শক্তি 1.1 TW এবং মধ্যম শক্তি 100 μJ এর বেশি। অধ্যয়নটি এক্স-রে ক্ষেত্রে সোলিটনের মতো সুপার রেডিয়েশন আচরণের জন্য শক্তিশালী প্রমাণও সরবরাহ করে।উচ্চ-শক্তি লেজারউচ্চ-ক্ষেত্রের পদার্থবিদ্যা, অ্যাটোসেকেন্ড স্পেকট্রোস্কোপি, এবং লেজার কণা ত্বরক সহ গবেষণার অনেক নতুন ক্ষেত্র চালিত করেছে। সব ধরনের লেজারের মধ্যে, এক্স-রে চিকিৎসা নির্ণয়, শিল্প ত্রুটি সনাক্তকরণ, নিরাপত্তা পরিদর্শন এবং বৈজ্ঞানিক গবেষণায় ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। এক্স-রে ফ্রি-ইলেক্ট্রন লেজার (এক্সএফইএল) অন্যান্য এক্স-রে জেনারেশন প্রযুক্তির তুলনায় উচ্চতর এক্স-রে শক্তিকে বেশ কয়েকটি অর্ডার দ্বারা বৃদ্ধি করতে পারে, এইভাবে এক্স-রে প্রয়োগকে ননলাইনার স্পেকট্রোস্কোপি এবং একক-এর ক্ষেত্রে প্রসারিত করে। কণা বিচ্ছুরণ ইমেজিং যেখানে উচ্চ শক্তি প্রয়োজন। সাম্প্রতিক সফল অ্যাটোসেকেন্ড XFEL অ্যাটোসেকেন্ড বিজ্ঞান ও প্রযুক্তিতে একটি বড় অর্জন, বেঞ্চটপ এক্স-রে উত্সের তুলনায় ছয়টি অর্ডারের বেশি মাত্রায় উপলব্ধ পিক পাওয়ার বাড়িয়েছে।

বিনামূল্যে ইলেকট্রন লেজারসমষ্টিগত অস্থিরতা ব্যবহার করে স্বতঃস্ফূর্ত নির্গমন স্তরের চেয়ে অনেক বেশি মাত্রার নাড়ি শক্তি পেতে পারে, যা আপেক্ষিক ইলেক্ট্রন রশ্মি এবং চৌম্বকীয় দোলকের মধ্যে বিকিরণ ক্ষেত্রের ক্রমাগত মিথস্ক্রিয়া দ্বারা সৃষ্ট হয়। হার্ড এক্স-রে পরিসরে (প্রায় 0.01 nm থেকে 0.1 nm তরঙ্গদৈর্ঘ্য), FEL বান্ডিল কম্প্রেশন এবং পোস্ট-স্যাচুরেশন কনিং কৌশল দ্বারা অর্জন করা হয়। নরম এক্স-রে পরিসরে (প্রায় 0.1 এনএম থেকে 10 এনএম তরঙ্গদৈর্ঘ্য), FEL ক্যাসকেড ফ্রেশ-স্লাইস প্রযুক্তি দ্বারা প্রয়োগ করা হয়। সম্প্রতি, 100 গিগাওয়াটের সর্বোচ্চ শক্তি সহ অ্যাটোসেকেন্ড ডালগুলি বর্ধিত স্ব-পরিবর্ধিত স্বতঃস্ফূর্ত নির্গমন (ESASE) পদ্ধতি ব্যবহার করে তৈরি করা হয়েছে বলে জানা গেছে।

গবেষণা দলটি লিনাক কোহেরেন্ট থেকে নরম এক্স-রে অ্যাটোসেকেন্ড পালস আউটপুটকে প্রশস্ত করতে XFEL-এর উপর ভিত্তি করে একটি দ্বি-পর্যায়ের পরিবর্ধন ব্যবস্থা ব্যবহার করেছে।আলোর উৎসTW স্তরে, রিপোর্ট করা ফলাফলের তুলনায় মাত্রার উন্নতির একটি আদেশ। পরীক্ষামূলক সেটআপটি চিত্র 1-এ দেখানো হয়েছে। ESASE পদ্ধতির উপর ভিত্তি করে, ফটোক্যাথোড এমিটারকে উচ্চ কারেন্ট স্পাইক সহ একটি ইলেক্ট্রন রশ্মি পাওয়ার জন্য মড্যুলেট করা হয় এবং অ্যাটোসেকেন্ড এক্স-রে স্পন্দন তৈরি করতে ব্যবহৃত হয়। প্রাথমিক পালস ইলেক্ট্রন বিমের স্পাইকের সামনের প্রান্তে অবস্থিত, যেমনটি চিত্র 1-এর উপরের বাম কোণে দেখানো হয়েছে। যখন XFEL স্যাচুরেশনে পৌঁছায়, তখন একটি চৌম্বকীয় সংকোচকারী দ্বারা এক্স-রে-এর তুলনায় ইলেক্ট্রন রশ্মি বিলম্বিত হয়, এবং তারপর পালস ইলেক্ট্রন রশ্মির (তাজা স্লাইস) সাথে যোগাযোগ করে যা ESASE মড্যুলেশন বা FEL লেজার দ্বারা পরিবর্তিত হয় না। অবশেষে, একটি দ্বিতীয় চৌম্বকীয় আনডুলেটর ব্যবহার করা হয় তাজা স্লাইসের সাথে অ্যাটোসেকেন্ড ডালের মিথস্ক্রিয়ার মাধ্যমে এক্স-রেকে আরও প্রশস্ত করতে।

ডুমুর 1 পরীক্ষামূলক ডিভাইস চিত্র; দৃষ্টান্তটি অনুদৈর্ঘ্য পর্যায় স্থান (ইলেক্ট্রনের সময়-শক্তি ডায়াগ্রাম, সবুজ), বর্তমান প্রোফাইল (নীল), এবং প্রথম-ক্রম পরিবর্ধন (বেগুনি) দ্বারা উত্পাদিত বিকিরণ দেখায়। XTCAV, X-ব্যান্ড ট্রান্সভার্স ক্যাভিটি; cVMI, সমাক্ষ দ্রুত ম্যাপিং ইমেজিং সিস্টেম; FZP, ফ্রেসনেল ব্যান্ড প্লেট স্পেকট্রোমিটার

সমস্ত অ্যাটোসেকেন্ডের ডালগুলি শব্দ থেকে তৈরি করা হয়, তাই প্রতিটি পালসের আলাদা আলাদা বর্ণালী এবং সময়-ডোমেন বৈশিষ্ট্য রয়েছে, যা গবেষকরা আরও বিশদে অনুসন্ধান করেছেন। স্পেকট্রার পরিপ্রেক্ষিতে, তারা একটি ফ্রেসনেল ব্যান্ড প্লেট স্পেকট্রোমিটার ব্যবহার করে বিভিন্ন সমতুল্য আনডুলেটর দৈর্ঘ্যে পৃথক ডালের স্পেকট্রা পরিমাপ করতে এবং দেখেছে যে এই বর্ণালীগুলি গৌণ পরিবর্ধনের পরেও মসৃণ তরঙ্গরূপ বজায় রেখেছে, যা নির্দেশ করে যে ডালগুলি অবিচ্ছিন্ন ছিল। টাইম ডোমেনে, কৌণিক প্রান্ত পরিমাপ করা হয় এবং নাড়ির টাইম ডোমেন ওয়েভফর্মকে চিহ্নিত করা হয়। চিত্র 1 এ দেখানো হয়েছে, এক্স-রে পালস বৃত্তাকার মেরুকৃত ইনফ্রারেড লেজার পালসের সাথে ওভারল্যাপ করা হয়েছে। এক্স-রে পালস দ্বারা আয়নকৃত ফটোইলেক্ট্রনগুলি ইনফ্রারেড লেজারের ভেক্টর সম্ভাবনার বিপরীত দিকে রেখা তৈরি করবে। যেহেতু লেজারের বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র সময়ের সাথে আবর্তিত হয়, তাই ফটোইলেক্ট্রনের ভরবেগ বিতরণ ইলেকট্রন নির্গমনের সময় দ্বারা নির্ধারিত হয় এবং নির্গমন সময়ের কৌণিক মোড এবং ফটোইলেক্ট্রনের ভরবেগ বিতরণের মধ্যে সম্পর্ক প্রতিষ্ঠিত হয়। ফটোইলেক্ট্রন ভরবেগের বন্টন একটি সমাক্ষীয় দ্রুত ম্যাপিং ইমেজিং স্পেকট্রোমিটার ব্যবহার করে পরিমাপ করা হয়। বিতরণ এবং বর্ণালী ফলাফলের উপর ভিত্তি করে, অ্যাটোসেকেন্ড ডালের সময়-ডোমেন তরঙ্গরূপ পুনর্গঠন করা যেতে পারে। চিত্র 2 (a) নাড়ির সময়কালের বন্টন দেখায়, যার গড় 440 হিসাবে। অবশেষে, গ্যাস মনিটরিং ডিটেক্টরটি পালস শক্তি পরিমাপ করতে ব্যবহৃত হয়েছিল, এবং চিত্র 2 (বি) এ দেখানো হিসাবে পিক পালস শক্তি এবং নাড়ির সময়কালের মধ্যে স্ক্যাটার প্লট গণনা করা হয়েছিল। তিনটি কনফিগারেশন বিভিন্ন ইলেক্ট্রন রশ্মি ফোকাসিং অবস্থা, ওয়েভার কনিং কন্ডিশন এবং ম্যাগনেটিক কম্প্রেসার বিলম্ব অবস্থার সাথে মিলে যায়। তিনটি কনফিগারেশনের গড় পালস শক্তি যথাক্রমে 150, 200, এবং 260 µJ, সর্বোচ্চ সর্বোচ্চ শক্তি 1.1 TW দিয়ে।

চিত্র 2. (ক) অর্ধ-উচ্চতার সম্পূর্ণ প্রস্থ (FWHM) পালস সময়কালের বিতরণ হিস্টোগ্রাম; (b) স্ক্যাটার প্লট সর্বোচ্চ শক্তি এবং পালস সময়কালের সাথে সম্পর্কিত

এছাড়াও, গবেষণায় প্রথমবারের মতো এক্স-রে ব্যান্ডে সোলিটন-সদৃশ সুপারইমিশনের ঘটনাও পর্যবেক্ষণ করা হয়েছে, যা পরিবর্ধনের সময় ক্রমাগত পালস সংক্ষিপ্তকরণ হিসাবে প্রদর্শিত হয়। এটি ইলেকট্রন এবং বিকিরণের মধ্যে একটি শক্তিশালী মিথস্ক্রিয়া দ্বারা সৃষ্ট হয়, শক্তি দ্রুত ইলেকট্রন থেকে এক্স-রে নাড়ির মাথায় এবং নাড়ির লেজ থেকে ইলেকট্রনে ফিরে যায়। এই ঘটনাটি গভীরভাবে অধ্যয়নের মাধ্যমে, এটি প্রত্যাশিত যে কম সময়কাল এবং উচ্চ শিখর শক্তি সহ এক্স-রে ডালগুলি সুপার রেডিয়েশন অ্যামপ্লিফিকেশন প্রক্রিয়াকে প্রসারিত করে এবং সলিটনের মতো মোডে পালস সংক্ষিপ্ত করার সুবিধা গ্রহণ করে আরও উপলব্ধি করা যেতে পারে।