טיפול נסיוני עבור הפמטו-שנייה ניר/UV - XUV ניסויים משאבת-בדיקה עם לייזר אלקטרונים חופשיים

שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בפיזיקה ובכימיה כגון אילו קשרים נשברים ראשונים או כיצד אטומים ואלקטרונים מתארגנים מחדש במהלך תגובה כימית. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהקרינה האולטרה סגולה הקיצונית מלייזר אלקטרונים חופשי או FEL יכולה לשמש כגשוש ספציפי לאתר מכיוון שהיא מיננת רק אטומים ספציפיים בתוך מולקולה. למידה כדי להשיג חפיפה מרחבית ותזמית בין קרני לייזר FEL ואופטי נהנה הדגמה חזותית כי אבחון ספציפי מאוד משמשים ואת ההשפעות יכול להיות עדין.

הדגמת הליך זה יהיה Demitrios Rompotis, פיזיקאי בלייזר פלאש חינם אלקטרונים ב DESY. ראשית, ודא כי גלאי היונים, גלאי האלקטרונים וכוח המתח הגבוה של אלקטרודות ספקטרומטר היון כבויים. סגור את תריסי הלייזר האופטיים וה- FEL באמצעות תוכנת המכשיר.

הגדר את המסננים והמתלים המותקנים בקו הקרן כך ש אנרגיית הדופק של FEL וכוח הלייזר האופטי יופחתו לפחות מ- 1% שידור. לאחר מכן הכנס את מסך הצפייה של קרן Cerium YAG לאזור האינטראקציה. פתח את תריס FEL ולבחון את המסך באמצעות מצלמת CCD.

אם נקודת הקרן אינה ניתנת לגילוי על המסך, הגדל מעט את עוצמת הקרן. לאחר מיקום נקודת הקרן, סמן את מיקום קרן FEL כאזור מעניין בתוכנת רכישת נתוני המצלמה. לאחר מכן פתח את תריס הלייזר האופטי וסגור את תריס FEL.

כוונן את מראות ההיגוי כדי ליישר את קרן הלייזר האופטית עם מיקום קרן FEL המסומן. חזור על תהליך חסימת קרן זה כדי למקד את החפיפה המרחבית ולוודא כי החפיפה יציבה. לאחר שהקורות מיושרות, הסר את מסך הצפייה בקרן.

הפעל את הגלאים ואת כוח האלקטרודה ספקטרומטר. ודא כי פוטודיודה מהירה המחוברת לאוסצילוסקופ מהיר מותקנת בניצב לקרן FEL יחד עם רשת מטלטלת כדי להסיט כמות קטנה של פוטונים מפוזרים לדיודה. הפחת את אנרגיית הדופק של FEL ואת כוח הלייזר האופטי ל- 1% שידור.

לאחר מכן סגור את תריסי הלייזר האופטיים וה- FEL. הכנס את רשת שינוי פיזור לתוך הקרן. כוונן את מיקום רשת שינוי, את אנרגיית הדופק FEL, ואת כוח הלייזר האופטי, כך שכל קרן בודדת מייצרת אות ברור ושני האותות יש את אותו גובה.

ואז לסגור את תריס הלייזר האופטי. הגדר את oscilloscope מהיר להשתמש בסיס הזמן הטוב ביותר זמין ולאסוף כ 100 ממוצעים עבור עקבות. הקלט ושמור עקבות הפניה של קרן FEL בלבד.

לאחר מכן סגור את תריס FEL ולפתוח את תריס הלייזר האופטי. השווה את המעקב מהלייזר האופטי עם מעקב הייחוס של FEL. לאחר מכן הסט את זמן ההגעה של פעימת הלייזר האופטית כך שההתהוות של אות הלייזר האופטי תואמת במדויק את הופעת אות ה- FEL.

חזור על חסימת הקרן ועל השוואת תחילת האות כדי לאשר שפולסים FEL ולייזר אופטי מיושרים במדויק. שים לב לזמן שבו פולסים FEL לייזר אופטי חופפים כמו ההערכה הראשונית של T0. כדי להתחיל כוונון עדין T0, להנחית את FEL ואת הלייזר האופטי במידה מספקת, כדי למנוע פגיעה גלאי יון ואלקטרון כאשר גז קסנון הוא הציג לתוך המערכת. ודא שהספקטרומטר נמצא במצב זמן טיסה.

ואז להכניס גז קסנון לתא או דרך סילון הגז או על ידי מתן גז קסנון לתא שפונה דרך שסתום מחט. אם השיטה האחרונה משמשת, להשיג לחץ בתא בין 1 פעמים 10 לשבעה שליליים ו 1 פעמים 10 כדי שלילי שישה מיליבארים. הקלט זמן יון קסנון של ספקטרום הטיסה.

לאחר מכן לסגור את תריס FEL ולהתאים את אנרגיית הדופק FEL כך קסנון שני פלוס ו קסנון שלוש פלוס הם בין המדינות החזקות ביותר שנטען קסנון בזמן ספקטרום הטיסה ומדינות טעונות קסנון גבוהות יותר מדוכאים ככל האפשר. לאחר מכן סגור את תריס FEL ולפתוח את תריס הלייזר האופטי. כוונן את עוצמת הלייזר האופטית כך שפולסים הלייזר ייצרו בעיקר קסנון פלוס עם כמות קטנה של קסנון 2 פלוס.

פתח את תריס FEL לאחר סיום ההתאמה. בהתבסס על ערך T0 מחוספס שנקבע בעבר, להגדיר את FEL ואת תזמון פעימת לייזר אופטי יש פולסים לייזר אופטי להגיע כ 200 picoseconds לפני פולסים FEL. לרכוש זמן יון קסנון של ספקטרום הטיסה ולקבוע את היחס של קסנון 2 פלוס קסנון שלוש פלוס מאזורי השיא.

לאחר מכן להגדיר את הלייזרים כך פולסים לייזר אופטי מגיעים כ 200 picoseconds לאחר פולסים FEL. לרכוש זמן אחר של ספקטרום הטיסה ולקבוע את היחס של קסנון 2 פלוס קסנון שלוש פלוס. ודא כי אות הקסנון 3 פלוס חזק משמעותית בספקטרום זה מאשר בספקטרום הקודם.

לפעמים ההבדל בין לייזר מוקדם לייזר מאוחר אות קסנון הוא קטן מאוד בגלל חפיפה מרחבית מספקת. במקרה כזה, יש לחזור על הליך החפיפה המרחבית על מנת להשיג הבדל גדול בשני האותות. הגדר את תזמון הלייזר למחצית בין שני הערכים הקודמים ולרכוש זמן אחר של ספקטרום הטיסה.

השווה את היחס בין קסנון 2 פלוס לקסנון 3 פלוס כדי לקבוע אם פולסים לייזר אופטי מגיעים לפני או אחרי פולסים FEL. אם פולסים לייזר אופטי מגיעים לפני פולסים FEL, להגדיר את העיתוי למחצית בין הערך הנוכחי ואת הערך שבו פולסים לייזר אופטי הגיע 200 picoseconds לאחר פולסים FEL. לרכוש זמן נוסף של ספקטרום הטיסה ולבחון את היחס של קסנון 2 פלוס קסנון שלוש פלוס.

המשך לכוונן את תזמון הדופק בלייזר עד T0 כבר משוער עם דיוק של טוב יותר מ 500 femtoseconds. לאחר מכן הגדר סריקת השהיה מעל אזור של פלוס או מינוס picosecond אחד סביב המיקום המשוער של T0 בשלבים של לא יותר מ 50 femtoseconds. לרכוש זמן של ספקטרום הטיסה ולקבוע את היחס של קסנון 2 פלוס קסנון שלוש פלוס עבור כל צעד.

התווה יחסים אלה ביחס לזמנים של השהיה, נגזר פונקציית צעד וחשב את מרכז פונקציית הצעד כדי לקבל את המיקום הזמני המדויק של T0. קסנון יון זמן של ספקטרוסקופיה הטיסה יכול לשמש כדי לקבוע אם דופק 800 ננומטר ליד IR הגיע יעד גז קסנון לפני או אחרי דופק FEL עם אנרגיית פוטון של לפחות 67.5 וולט אלקטרונים. לאחר יינון של קסנון metastable נרגש שני פלוס התרחש כאשר הדופק כמעט IR הגיע לאחר הדופק FEL להגדיל את קסנון שלוש בתוספת תשואה. התוויית היחס בין קסנון 2 פלוס לקסנון 3 פלוס כפונקציה של זמן השהיה סיפקה פונקציית שלב שממנה ניתן היה לקבוע T0.

תמונות מומנטום יון יוד שימשו גם כדי לקבוע T0 עם אנרגיית פוטון של לפחות 57 וולט אלקטרונים. תרומת אנרגיה נמוכה נראתה כמו ספייק רק כאשר פעימת UV הגיע לפני הדופק FEL. T0 חולץ מעלילה של תפוקת יון ספייק כפונקציה של זמן עיכוב.

נתוני ירייה אחר ירייה שתועדו על ידי צג זמן הגעה חבורה שימשו לתיקון העצבים בזמן ההגעה היחסי של פולסים FEL ביחס פולסים לייזר אופטי. זה יצר שיפור ניכר באיכות הנתונים במיוחד ברזולוציה הזמנית. לאחר השליטה, הקמת החפיפה הזמנית והמ מרחבית בין פולסים לייזר אופטי FEL יכול להיעשות בערך שעתיים עד שלוש שעות בעוד מדידת בדיקה משאבה כדלקמן בדרך כלל לוקח כמה ימים.

למרות הליך זה פותח עבור אטומים ומולקולות בשלב הגז, זה יכול להיות מיושם גם על דגימות אחרות כגון חלקיקים או נוזלים ומוצקים. אל תשכח כי עבודה עם לייזרים femtosecond בה הספק גבוה יכול להיות מסוכן מאוד. אימון בטיחות ספציפי הוא חובה.

וכשאתה עובד עם לייזרים בה הספק גבוה, תמיד ללבוש משקפי בטיחות לייזר מגן שלך.