Ultrasnelle wetenschap heeft de afgelopen jaren grote vooruitgang geboekt. Attosecondepulsen met fotonenergieën die in het zachte röntgenbereik liggen dat overeenkomt met de fundamentele absorptieranden van materie, maken de studie mogelijk van elektronendynamica in levende biologische monsters en halfgeleidermaterialen van de volgende generatie, zoals diamant en grafeen.

De dringende behoefte aan intense attoseconde pulsen bij röntgengolflengten, vooral in het water-vensterbereik, heeft de ontwikkeling van attoseconde röntgenvrije elektronenlasers (FEL's) bevorderd. Een veelgebruikte methode voor het produceren van ultrasnelle pulsen is de verbeterde zelfversterkte spontane emissie (ESASE)-techniek, en er zijn veel verbeteringen op basis van de ESASE om het piekvermogen verder te verhogen of de pulsduur te verkorten.

Het is nog steeds een hele uitdaging om stabiele en geïsoleerde röntgenpulsen te genereren met een duur van enkele tientallen attoseconden, aangezien SASE uitgaat van schotruis van een elektronenstraal en de kortste pulsduur uiteindelijk wordt beperkt door de sliplengte. Om deze problemen op te lossen, zijn verschillende methoden voorgesteld die gebaseerd zijn op de echo-enabled harmonische generatie (EEHG). Bij deze methoden zijn echter over het algemeen laserpulsen met een paar cycli vereist, wat leidt tot extra uitdagingen voor de lasergeneratie en -overdracht.

De auteurs van nieuw werk gepubliceerd in Ultrafast Science stellen een eenvoudige en haalbare methode voor op basis van EEHG om intense geïsoleerde röntgenpulsen te genereren die het watervensterbereik bestrijken met een duur van tientallen attoseconden. Het schema van het voorgestelde schema is vergelijkbaar met de conventionele EEHG-opstelling. Het verschil is dat de tweede zaadlaser wordt vervangen door een golffrontrotatielaser (WFR), d.w.z. de zaadlaser wordt door een dispersie-element gestuurd - bijvoorbeeld dubbele roosters - om ruimtelijk-temporele koppeling te induceren en het golffront van de bundel te regelen.

De functie van de WFR-laser is om het longitudinale profiel van de stralingspuls aan te passen. Vanwege de gevoeligheid van gezaaide FEL voor externe lasers, kan deze methode de bundeling aan beide zijden effectief remmen, terwijl een geïsoleerde bundeling in het midden behouden blijft.

De gegenereerde geïsoleerde attoseconde-pulsen zijn natuurlijke synchronisatie met externe lasers, waardoor ze in staat zijn om pompsonde-experimenten met hoge resolutie aan te sturen en een nieuwe weg te bieden voor attoseconde-wetenschappen. Vergeleken met eerdere methoden met lasers met een paar cycli, vereist de voorgestelde methode slechts een conventionele laser van 100 fs, wat de vereisten voor de zaadlaser aanzienlijk versoepelt en deze betrouwbaar maakt op basis van de momenteel bestaande FEL-faciliteiten.

Dit soort coherente röntgenlichtbronnen kunnen het mogelijk maken om de elektronische dynamiek van de valentie-elektronen te bestuderen met een tijdschaal van ongeveer 100 attoseconden en kunnen een nieuwe grens van ultrasnelle wetenschap openen. + Verder verkennen

Nieuwe benadering voor het genereren van coherente en ultrakorte zachte röntgenpulsen