Новый метод измерения сверхбыстрых лазерных импульсов на свободных электронах

Новое исследование показывает, как измерить сверхкороткие всплески высокочастотного света, излучаемого лазерами на свободных электронах (ЛСЭ). Используя саму индуцированную светом ионизацию для создания фемтосекундного оптического затвора, метод кодирует электрическое поле импульса ЛСЭ в импульсе видимого света, чтобы его можно было измерить с помощью стандартной медленной камеры видимого света.


«Эта работа может привести к новой онлайн-диагностике для ЛСЭ, где может быть определена точная форма импульса каждого светового импульса. Эта информация может помочь как конечному пользователю, так и ученым-ускорителям», – сказала Памела Боулэн, Лос-Аламос. Ведущий научный сотрудник Национальной лаборатории по проекту. Газета была опубликована 12 апреля 2021 г. в ОПТИЧЕСКИЙ. «Эта работа также открывает путь для измерения импульсов рентгеновского излучения или фемтосекундных рентгеновских изображений с временным разрешением».

Лазеры на свободных электронах, которые приводятся в действие линейными ускорителями длиной в километр, излучают вспышки коротковолнового света длительностью в одну квадриллионную долю секунды. В результате они могут действовать как стробоскопы для наблюдения за самыми быстрыми явлениями в природе – атомными или молекулярными движениями – и, следовательно, обещают революционизировать наше понимание практически любого вида материи.

Измерение такой исчезающе быстрой вспышки ионизирующего излучения ранее было сложной задачей. Но хотя электроника слишком медленная, чтобы измерять эти световые импульсы, оптические эффекты могут быть практически мгновенными. Сжатие всей энергии непрерывного лазера в короткие импульсы означает, что фемтосекундные лазерные импульсы чрезвычайно яркие и обладают способностью изменять поглощение или преломление материала, создавая эффективно мгновенные «оптические заслонки».

Эта идея широко использовалась для измерения фемтосекундных лазерных импульсов видимого света. Но высокочастотный крайний ультрафиолетовый свет от ЛСЭ по-другому взаимодействует с веществом; этот свет ионизирует, то есть вытягивает электроны из их атомов. Исследователи показали, что сама ионизация может использоваться в качестве «фемтосекундного оптического затвора» для измерения лазерных импульсов в ультрафиолетовом диапазоне с длиной волны 31 нм.

«Ионизация обычно изменяет оптические свойства материала на наносекунды, что в 10 000 раз медленнее, чем длительность импульса FEL», – сказал Боулэн. «Но длительность нарастающего фронта ионизации, определяемая тем, сколько времени требуется электрону, чтобы покинуть атом, значительно быстрее. Это результирующее изменение оптических свойств может действовать как быстрый затвор, необходимый для измерения импульсов ЛСЭ».

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments