وضع بروتوكول تجريبي ل Femtosecond نير للأشعة فوق البنفسجية-شوف تجارب ضخ-التحقيق مع ليزر الإلكترون الحر

يمكن لهذه الطريقة أن تساعد في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في الفيزياء والكيمياء مثل الروابط التي يتم كسرها أولاً أو كيفية إعادة ترتيب الذرات والإلكترونات أثناء التفاعل الكيميائي. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أن الأشعة فوق البنفسجية المتطرفة من ليزر Free-Electron أو FEL يمكن أن تكون بمثابة مسبار محدد الموقع لأنه يُيَن فقط ذرات محددة داخل الجزيء. التعلم لتحقيق التداخل المكاني والزماني بين الحزمة الليزرية فيس البصرية والاستفادة من العرض التوضيحي البصري لأنه يتم استخدام التشخيص محددة جدا وآثار يمكن أن تكون خفية.

يدل هذا الإجراء سيكون ديميتريوس Rompotis، الفيزيائي في الليزر FLASH الإلكترون الحر في DESY. أولاً، تحقق من إيقاف جهاز الكشف عن الأيونات، وكاشف الإلكترونات، وقوة الجهد العالي لأقطاب مطياف أيون. أغلق مصاريع الليزر البصرية والفل عن طريق برنامج الآلة.

تكوين المرشحات والمخففات المثبتة في خط شعاع بحيث يتم تقليل طاقة نبضة FEL وطاقة الليزر الضوئية إلى أقل من 1٪ انتقال. ثم أدخل شاشة عرض شعاع Cerium YAG في منطقة التفاعل. افتح مصراع FEL وتفحص الشاشة عبر كاميرا CCD.

إذا لم يكن موضع الحزمة قابلاً للكشف على الشاشة، تزيد كثافة الحزمة قليلاً. بمجرد تحديد موقع الحزمة ، ضع علامة على موضع شعاع FEL كمنطقة ذات أهمية في برنامج الحصول على بيانات الكاميرا. ثم افتح مصراع الليزر البصرية وإغلاق مصراع FEL.

اضبط مرايا التوجيه لمحاذاة شعاع الليزر البصري مع موضع شعاع FEL المميز. كرر عملية حظر الحزمة هذه لصقل التداخل المكاني والتحقق من أن التداخل ثابت. بمجرد محاذاة الحزم، قم بإزالة شاشة عرض الشعاع.

بدوره على أجهزة الكشف وقوة القطب الطيفي. تأكد من تركيب اديّ ضوئي سريع متصل بمنظار سريع عمودي على شعاع FEL مع شبكة منقولة لتحويل كمية صغيرة من الفوتونات المتناثرة إلى الصمام الثنائي. تقليل طاقة نبضة FEL وطاقة الليزر الضوئية إلى 1٪ انتقال.

ثم أغلق مصاريع الليزر البصرية FEL. أدخل شبكة التشتت في الشعاع. ضبط موقف شبكة، وطاقة نبضة فلل، وقوة الليزر الضوئية بحيث كل شعاع الفردية تنتج إشارة واضحة وكلا الإشارات لها نفس الارتفاع.

ثم أغلق مصراع الليزر البصري. تكوين منظار سريع لاستخدام قاعدة أفضل وقت المتاحة وجمع حوالي 100 متوسطات لتتبع. سجل وحفظ أثر مرجعي لشعاع FEL وحده.

ثم أغلق مصراع FEL وافتح مصراع الليزر البصري. قارن التتبع من الليزر البصري مع تتبع المرجع FEL. ثم قم بتحويل وقت وصول نبض الليزر الضوئي بحيث يتطابق ظهور إشارة الليزر البصرية تمامًا مع بداية إشارة FEL.

كرر حجب الحزمة والمقارنة بداية إشارة لتأكيد أن نبضات الليزر والليزر البصرية يتم محاذاة بدقة. لاحظ الوقت الذي تتداخل فيه نبضات الليزر البصرية والنبضات الليزرية البصرية كتقدير أولي لـ T0. للبدء في ضبط دقيق T0، تخفيف والليزر الضوئي إلى درجة كافية لتجنب إتلاف أجهزة الكشف عن الأيونات والإلكترونات عندما يتم إدخال غاز زينون في النظام. تأكد من أن المطياف في وقت وضع الطيران.

ثم أدخل غاز زينون إلى الغرفة إما من خلال طائرة الغاز النفاثة أو عن طريق السماح بغاز زينون إلى الغرفة التي تم إخلاؤها من خلال صمام إبرة. إذا تم استخدام الأسلوب الأخير، تحقيق ضغط غرفة بين واحد مرات 10 إلى سبعة السلبية و1 مرة واحدة 10 إلى المليبارات الستة السلبية. تسجيل وقت زينون أيون من الطيف الطيران.

ثم إغلاق مصراع FEL وضبط الطاقة نبض FEL بحيث يتم قمع زينون اثنين زائد وxenon زائد ثلاثة زائد من بين أقوى الدول المشحونة زينون في وقت الطيف الطيران وارتفاع الدول المشحونة زينون أكبر قدر الإمكان. ثم أغلق مصراع FEL وافتح مصراع الليزر البصري. ضبط قوة الليزر البصرية بحيث تنتج نبضات الليزر في المقام الأول زينون زائد مع كمية صغيرة فقط من زينون زائد اثنين.

افتح مصراع FEL عند الانتهاء من التعديل. استنادا إلى قيمة T0 الخام التي تم تحديدها سابقا، تعيين نبضة FEL بصرية وتوقيت الليزر أن يكون نبضات الليزر الضوئية تصل حوالي 200 picoseconds قبل نبضات FEL. الحصول على أيون زينون الوقت من الطيف الطيران وتحديد نسبة زينون اثنين زائد إلى زينون ثلاثة زائد من مناطق الذروة.

ثم تكوين الليزر بحيث تصل نبضات الليزر الضوئية حوالي 200 بيكو ثانية بعد نبضات FEL. الحصول على وقت آخر من الطيف الطيران وتحديد نسبة زينون اثنين زائد إلى زينون ثلاثة زائد. تحقق من أن إشارة زينون زائد ثلاثة أقوى بكثير في هذا الطيف مما كانت عليه في الطيف السابق.

في بعض الأحيان الفرق بين الليزر في وقت مبكر والليزر في وقت متأخر من إشارة زينون صغيرة جدا بسبب التداخل المكاني غير كافية. في مثل هذه الحالة، ينبغي للمرء أن يكرر إجراء التداخل المكاني من أجل تحقيق فرق كبير في الإشارة. تعيين توقيت الليزر إلى منتصف الطريق بين القيمتين السابقتين والحصول على وقت آخر من الطيف الطيران.

قارن نسبة زينون اثنين زائد إلى زينون ثلاثة زائد لتحديد ما إذا كانت نبضات الليزر الضوئية تصل قبل أو بعد نبضات FEL. إذا كانت نبضات الليزر الضوئية تصل قبل نبضات FEL، تعيين توقيت إلى منتصف الطريق بين القيمة الحالية والقيمة التي وصلت نبضات الليزر الضوئية 200 بيكو ثانية بعد نبضات FEL. الحصول على وقت آخر من الطيف الطيران ودراسة نسبة زينون اثنين زائد إلى زينون ثلاثة زائد.

استمر في ضبط توقيت نبض الليزر حتى يتم تقريب T0 بدقة أفضل من 500 فيمتوز ثانية. ثم قم بإعداد فحص تأخير على منطقة من زائد أو ناقص picosecond واحد حول الموضع التقريبي لT0 في خطوات لا تزيد عن 50 femtoseconds. الحصول على وقت من الطيف الطيران وتحديد نسبة زينون اثنين زائد إلى زينون ثلاثة زائد لكل خطوة.

رسم هذه النسب فيما يتعلق بأوقات التأخير، واستمد دالة خطوة وحساب مركز دالة الخطوة للحصول على الموضع الزمني الدقيق لـ T0. ويمكن استخدام زمن زينون أيون في التحليل الطيفي للطيران لتحديد ما إذا كان 800 نانومتر بالقرب من الأشعة تحت الحمراء قد وصلت إلى هدف غاز زينون قبل أو بعد نبضة مع طاقة فوتونية لا تقل عن 67.5 فولت إلكترون. بعد التأين من متحمس metastable زينون اثنين زائد حدث عندما وصلت نبض الأشعة تحت الحمراء القريبة بعد نبضة FEL زيادة زينون ثلاثة زائد العائد. رسم نسبة زينون اثنين زائد إلى زينون ثلاثة زائد كدالة وقت التأخير قدمت وظيفة خطوة التي يمكن تحديد T0.

كما استخدمت صور زخم اليود أيون لتحديد T0 مع طاقة فوتونية لا تقل عن 57 فولت إلكترون. وكان إسهام الطاقة المنخفضة مرئيًا كطفرة فقط عندما وصلت نبضة الأشعة فوق البنفسجية قبل نبضة FEL. تم استخراج T0 من مؤامرة من ارتفاع أيون العائد كدالة تأخير الوقت.

تم استخدام بيانات إطلاق النار عن طريق اللقطة المسجلة بواسطة "مراقبة وقت الوصول" لتصحيح التوتر في وقت الوصول النسبي لنبضات FEL فيما يتعلق بنبضات الليزر الضوئية. وقد أدى ذلك إلى تحسن ملحوظ في نوعية البيانات ولا سيما في الدقة الزمنية. مرة واحدة يتقن، وإنشاء التداخل الزماني والمكاني بين نبضات الليزر البصرية وFEL يمكن أن يتم في حوالي ساعتين إلى ثلاث ساعات في حين أن قياس مضخة التحقيق الذي يلي عادة يستغرق عدة أيام.

على الرغم من أن هذا الإجراء قد تم تطويره للذرات والجزيئات في مرحلة الغاز، إلا أنه يمكن تطبيقه أيضًا على عينات أخرى مثل الجسيمات النانوية أو السوائل والمواد الصلبة. لا ننسى أن العمل مع الليزر femtosecond عالية الطاقة يمكن أن تكون خطرة للغاية. تدريب السلامة المحدد إلزامي.

وعند العمل مع أشعة الليزر عالية الطاقة، ارتدي دائماً نظارات الحماية بالليزر.