TW کلاس اٹوسیکنڈ ایکس رے پلس لیزر

TW کلاس اٹوسیکنڈ ایکس رے پلس لیزر
اٹوسیکنڈ ایکسرےنبض لیزرہائی پاور کے ساتھ اور مختصر نبض کا دورانیہ انتہائی فاسٹ نان لائنر سپیکٹروسکوپی اور ایکس رے ڈفریکشن امیجنگ کے حصول کی کلید ہے۔ ریاستہائے متحدہ میں تحقیقی ٹیم نے دو مراحل کی جھرن کا استعمال کیا۔ایکس رے مفت الیکٹران لیزرمجرد اٹوسیکنڈ دالوں کو آؤٹ پٹ کرنے کے لیے۔ موجودہ رپورٹس کے مقابلے میں، دالوں کی اوسط چوٹی کی طاقت میں شدت کے حکم سے اضافہ ہوا ہے، زیادہ سے زیادہ چوٹی کی طاقت 1.1 TW ہے، اور درمیانی توانائی 100 μJ سے زیادہ ہے۔ یہ مطالعہ ایکس رے فیلڈ میں سولٹن جیسے سپر ریڈی ایشن رویے کے لیے بھی مضبوط ثبوت فراہم کرتا ہے۔ہائی انرجی لیزرزتحقیق کے بہت سے نئے شعبوں کو آگے بڑھایا ہے، بشمول ہائی فیلڈ فزکس، اٹوسیکنڈ سپیکٹروسکوپی، اور لیزر پارٹیکل ایکسلریٹر۔ تمام قسم کے لیزرز میں، ایکس رے بڑے پیمانے پر طبی تشخیص، صنعتی خامیوں کا پتہ لگانے، حفاظتی معائنہ اور سائنسی تحقیق میں استعمال ہوتے ہیں۔ ایکس رے فری الیکٹران لیزر (XFEL) دیگر ایکس رے جنریشن ٹیکنالوجیز کے مقابلے میں چوٹی کی ایکس رے کی طاقت کو کئی آرڈرز سے بڑھا سکتا ہے، اس طرح ایکس رے کے اطلاق کو نان لائنر سپیکٹروسکوپی اور سنگل- پارٹیکل ڈفریکشن امیجنگ جہاں اعلی طاقت کی ضرورت ہوتی ہے۔ حالیہ کامیاب attosecond XFEL attosecond سائنس اور ٹکنالوجی میں ایک بڑی کامیابی ہے، جس نے بینچ ٹاپ ایکس رے ذرائع کے مقابلے میں دستیاب چوٹی کی طاقت کو چھ آرڈرز سے زیادہ بڑھایا ہے۔

مفت الیکٹران لیزرزاجتماعی عدم استحکام کا استعمال کرتے ہوئے بے ساختہ اخراج کی سطح سے زیادہ شدت کے کئی آرڈرز نبض کی توانائیاں حاصل کر سکتے ہیں، جو کہ رشتہ دار الیکٹران بیم اور مقناطیسی آسکیلیٹر میں ریڈی ایشن فیلڈ کے مسلسل تعامل کی وجہ سے ہوتا ہے۔ سخت ایکس رے رینج میں (تقریبا 0.01 nm سے 0.1 nm طول موج)، FEL بنڈل کمپریشن اور پوسٹ سیچوریشن کوننگ تکنیک کے ذریعے حاصل کیا جاتا ہے۔ نرم ایکس رے رینج میں (تقریبا 0.1 nm سے 10 nm طول موج)، FEL کاسکیڈ فریش سلائس ٹیکنالوجی کے ذریعے لاگو کیا جاتا ہے۔ حال ہی میں، 100 گیگا واٹ کی چوٹی کی طاقت والی اٹوسیکنڈ دالیں بڑھی ہوئی خود ساختہ خود بخود اخراج (ESASE) طریقہ کا استعمال کرتے ہوئے پیدا ہونے کی اطلاع ملی ہے۔

تحقیقی ٹیم نے XFEL پر مبنی دو مراحل پر مشتمل ایمپلیفیکیشن سسٹم کا استعمال کیا تاکہ linac coherent سے نرم ایکس رے attosecond پلس آؤٹ پٹ کو بڑھایا جا سکے۔روشنی کا ذریعہTW سطح تک، رپورٹ شدہ نتائج کے مقابلے میں بہتری کا حکم۔ تجرباتی سیٹ اپ کو شکل 1 میں دکھایا گیا ہے۔ ESASE طریقہ کی بنیاد پر، فوٹوکیتھوڈ ایمیٹر کو ہائی کرنٹ اسپائک کے ساتھ الیکٹران بیم حاصل کرنے کے لیے ماڈیول کیا جاتا ہے، اور اسے اٹوسیکنڈ ایکس رے کی دالیں پیدا کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ ابتدائی نبض الیکٹران بیم کے اسپائک کے سامنے کے کنارے پر واقع ہوتی ہے، جیسا کہ شکل 1 کے اوپری بائیں کونے میں دکھایا گیا ہے۔ جب XFEL سنترپتی تک پہنچ جاتا ہے، تو مقناطیسی کمپریسر کے ذریعے ایکس رے کی نسبت الیکٹران بیم میں تاخیر ہوتی ہے، اور پھر نبض الیکٹران بیم (تازہ ٹکڑا) کے ساتھ تعامل کرتی ہے جسے ESASE ماڈیولیشن یا FEL لیزر کے ذریعے تبدیل نہیں کیا گیا ہے۔ آخر میں، ایک دوسرے مقناطیسی انڈیولیٹر کا استعمال تازہ ٹکڑوں کے ساتھ اٹوسیکنڈ دالوں کے تعامل کے ذریعے ایکس رے کو مزید بڑھانے کے لیے کیا جاتا ہے۔

انجیر۔ 1 تجرباتی ڈیوائس ڈایاگرام؛ یہ مثال طول البلد فیز اسپیس (الیکٹران کا ٹائم انرجی ڈایاگرام، سبز)، موجودہ پروفائل (نیلے)، اور فرسٹ آرڈر ایمپلیفیکیشن (جامنی) سے پیدا ہونے والی تابکاری کو ظاہر کرتی ہے۔ XTCAV، ایکس بینڈ ٹرانسورس گہا؛ cVMI، سماکشی ریپڈ میپنگ امیجنگ سسٹم؛ FZP، فریسنل بینڈ پلیٹ سپیکٹرومیٹر

تمام اٹوسیکنڈ دالیں شور سے بنی ہیں، لہذا ہر نبض میں مختلف سپیکٹرل اور ٹائم ڈومین خصوصیات ہیں، جن کا محققین نے مزید تفصیل سے جائزہ لیا۔ سپیکٹرا کے لحاظ سے، انہوں نے انفرادی دالوں کے سپیکٹرا کو مختلف مساوی انڈیولیٹر لمبائیوں پر ماپنے کے لیے فریسنل بینڈ پلیٹ اسپیکٹرومیٹر کا استعمال کیا، اور پایا کہ یہ سپیکٹرا ثانوی امپلیفیکیشن کے بعد بھی ہموار لہروں کو برقرار رکھتا ہے، جس سے ظاہر ہوتا ہے کہ دالیں غیر موڈل رہیں۔ ٹائم ڈومین میں، کونیی کنارے کی پیمائش کی جاتی ہے اور نبض کی ٹائم ڈومین ویوفارم کی خصوصیات ہوتی ہے۔ جیسا کہ شکل 1 میں دکھایا گیا ہے، ایکس رے پلس سرکلر پولرائزڈ انفراریڈ لیزر پلس کے ساتھ اوورلیپ ہے۔ ایکس رے پلس کے ذریعہ آئنائزڈ فوٹو الیکٹران اورکت لیزر کے ویکٹر پوٹینشل کے مخالف سمت میں لکیریں پیدا کریں گے۔ چونکہ لیزر کا برقی میدان وقت کے ساتھ گھومتا ہے، اس لیے فوٹو الیکٹران کی رفتار کی تقسیم کا تعین الیکٹران کے اخراج کے وقت سے ہوتا ہے، اور اخراج کے وقت کے کونیی موڈ اور فوٹو الیکٹران کی رفتار کی تقسیم کے درمیان تعلق قائم ہوتا ہے۔ فوٹو الیکٹران مومینٹم کی تقسیم کو ایکسیل فاسٹ میپنگ امیجنگ سپیکٹرومیٹر کا استعمال کرتے ہوئے ماپا جاتا ہے۔ تقسیم اور سپیکٹرل نتائج کی بنیاد پر، اٹوسیکنڈ دالوں کے ٹائم ڈومین ویوفارم کو دوبارہ بنایا جا سکتا ہے۔ شکل 2 (a) نبض کے دورانیے کی تقسیم کو ظاہر کرتی ہے، جس کا اوسط 440 ہے۔ آخر میں، گیس کی نگرانی کا پتہ لگانے والا نبض کی توانائی کی پیمائش کے لیے استعمال کیا گیا، اور چوٹی کی نبض کی طاقت اور نبض کی مدت کے درمیان بکھرے ہوئے پلاٹ کا حساب لگایا گیا جیسا کہ شکل 2 (b) میں دکھایا گیا ہے۔ تین کنفیگریشنز مختلف الیکٹران بیم فوکس کرنے والے حالات، ویور کننگ کنڈیشنز اور میگنیٹک کمپریسر ڈیلے کنڈیشنز سے مماثل ہیں۔ تین کنفیگریشنز نے بالترتیب 150، 200، اور 260 µJ کی اوسط پلس انرجی حاصل کی، جس کی زیادہ سے زیادہ چوٹی طاقت 1.1 TW ہے۔

شکل 2. (a) نصف اونچائی مکمل چوڑائی (FWHM) نبض کی مدت کا تقسیم ہسٹوگرام؛ (b) اسکیٹر پلاٹ جو چوٹی کی طاقت اور نبض کی مدت کے مطابق ہے۔

اس کے علاوہ، مطالعہ نے پہلی بار ایکس رے بینڈ میں سولیٹن نما سپر ایمیشن کے رجحان کا بھی مشاہدہ کیا، جو ایمپلیفیکیشن کے دوران مسلسل نبض کی کمی کے طور پر ظاہر ہوتا ہے۔ یہ الیکٹران اور تابکاری کے درمیان مضبوط تعامل کی وجہ سے ہوتا ہے، توانائی تیزی سے الیکٹران سے ایکس رے پلس کے سر تک اور پلس کی دم سے الیکٹران میں واپس منتقل ہوتی ہے۔ اس رجحان کے گہرائی سے مطالعہ کے ذریعے، یہ توقع کی جاتی ہے کہ کم دورانیے اور اعلیٰ چوٹی کی طاقت والی ایکس رے دالوں کو سپر ریڈی ایشن ایمپلیفیکیشن کے عمل کو بڑھا کر اور سولیٹن جیسے موڈ میں نبض کی مختصر ہونے کا فائدہ اٹھا کر مزید محسوس کیا جا سکتا ہے۔