실험 프로토콜에 대 한 펨 NIR/UV-자유 전자 레이저와 진공 극 자외선 펌프-프로브 실험

이 방법은 어떤 채권이 먼저 깨졌는지 또는 화학 반응 중에 원자와 전자가 재배열하는 방법과 같은 물리학 및 화학의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 자유 전자 레이저 또는 FEL에서 극단적 인 자외선이 분자 내에서 특정 원자만 이온화하기 때문에 사이트 별 프로브역할을 할 수 있다는 것입니다. FEL과 광학 레이저 빔 사이의 공간 및 시간 적 중첩을 달성하는 법을 배우는 것은 매우 구체적인 진단이 사용되고 효과가 미묘할 수 있기 때문에 시각적 데모의 이점을 누릴 수 있습니다.

이 절차를 시연하는 것은 DESY의 플래시 프리 전자 레이저의 물리학자 인 데미트리오스 롬포티스 (Demitrios Rompotis)가 될 것입니다. 먼저 이온 검출기, 전자 검출기 및 이온 분광계 전극의 고전압 전력이 꺼져 있는지 확인합니다. 계측기 소프트웨어를 사용하여 FEL 및 광학 레이저 셔터를 닫습니다.

FEL 펄스 에너지와 광학 레이저 전력이 1% 미만으로 감소되도록 빔 라인에 설치된 필터및 감쇠기를 구성합니다. 그런 다음 상호 작용 영역에 Cerium YAG 빔 보기 화면을 삽입합니다. FEL 셔터를 열고 CCD 카메라를 통해 화면을 검사합니다.

빔 스팟이 화면에서 감지되지 않으면 빔 강도를 약간 증가시면 약간 증가합니다. 빔 스팟이 배치되면 FEL 빔 위치를 카메라 데이터 수집 소프트웨어에 대한 관심 영역으로 표시합니다. 그런 다음 광학 레이저 셔터를 열고 FEL 셔터를 닫습니다.

스티어링 미러를 조정하여 광학 레이저 빔을 표시된 FEL 빔 위치와 정렬합니다. 이 빔 차단 프로세스를 반복하여 공간 중복을 개선하고 겹침이 안정되어 있는지 확인합니다. 빔이 정렬되면 빔 보기 화면을 제거합니다.

검출기와 분광계 전극 전력을 켭니다. 빠른 오실로스코프에 연결된 빠른 포토다이오드가 FEL 빔에 수직으로 설치되어 이동식 메쉬와 함께 소량의 산란된 광자를 다이오드로 전환합니다. FEL 펄스 에너지와 광학 레이저 전력을 1% 전송으로 줄입니다.

그런 다음 FEL 및 광학 레이저 셔터를 닫습니다. 산란 메시를 빔에 삽입합니다. 메쉬 위치, FEL 펄스 에너지 및 광학 레이저 전력을 조정하여 각 개별 빔이 명확한 신호를 생성하고 두 신호 모두 높이가 동일합니다.

그런 다음 광학 레이저 셔터를 닫습니다. 빠른 오실로스코프를 구성하여 사용 가능한 최고의 시간 베이스를 사용하고 추적에 대해 약 100개의 평균을 수집합니다. FEL 빔의 참조 추적을 단독으로 기록하고 저장합니다.

그런 다음 FEL 셔터를 닫고 광학 레이저 셔터를 엽니다. 광학 레이저의 추적을 FEL 참조 추적과 비교합니다. 그런 다음 광학 레이저 펄스 도착 시간을 이동하여 광학 레이저 신호의 발병이 FEL 신호의 발병과 정확하게 일치하도록 합니다.

빔 차단 및 신호 개시 비교를 반복하여 FEL 및 광학 레이저 펄스가 정확하게 정렬되어 있는지 확인합니다. FEL 및 광학 레이저 펄스가 T0의 초기 추정치로 겹치는 시기를 유의하십시오. 미세 조정 T0을 시작하려면, 제논 가스가 시스템에 도입 될 때 이온 및 전자 검출기를 손상시키지 않도록 충분한 정도로 FEL과 광학 레이저를 감쇠. 분광기가 비행 모드의 시간에 있는지 확인합니다.

그런 다음 가스 제트를 통해 또는 바늘 밸브를 통해 대피 챔버에 크세논 가스를 허용하여 챔버에 크세논 가스를 소개합니다. 후자의 방법이 사용되는 경우, 음의 7과 1회 10 사이의 챔버 압력을 음6 밀리바에 달성한다. 비행 스펙트럼의 크세논 이온 시간을 기록합니다.

그런 다음 FEL 셔터를 닫고 FEL 펄스 에너지를 조정하여 크세논 2 플러스 및 크세논 3 플러스는 비행 스펙트럼 및 높은 크세논 충전 상태의 시중에서 가장 강력한 크세논 충전 상태 중 하나이며 가능한 한 많이 억제됩니다. 그런 다음 FEL 셔터를 닫고 광학 레이저 셔터를 엽니다. 레이저 펄스가 주로 크세논 플러스를 생성할 수 있도록 광학 레이저 파워를 조정합니다.

조정이 완료되면 FEL 셔터를 엽니다. 이전에 결정된 거친 T0 값을 기반으로 FEL 및 광학 레이저 펄스 타이밍을 설정하여 FEL 펄스 전에 광학 레이저 펄스가 약 200 picoseconds에 도달할 수 있도록 합니다. 비행 스펙트럼의 크세논 이온 시간을 획득하고 피크 영역에서 크세논 2 플러스 크세논 3 플러스의 비율을 결정합니다.

그런 다음 광학 레이저 펄스가 FEL 펄스 후 약 200 picoseconds에 도착할 수 있도록 레이저를 구성합니다. 비행 스펙트럼의 또 다른 시간을 획득하고 세논 2 플러스 세이논 3 플러스의 비율을 결정합니다. 크세논 3플러스 신호가 이전 스펙트럼보다 이 스펙트럼에서 상당히 강한지 확인합니다.

때로는 크세논 신호에서 레이저와 레이저 의 차이는 공간 중복이 부족하기 때문에 매우 작습니다. 이 경우 두 신호에서 큰 차이를 달성하기 위해 공간 중첩 절차를 반복해야 한다. 레이저 타이밍을 이전 두 값 사이의 중간으로 설정하고 비행 스펙트럼의 또 다른 시간을 획득합니다.

제논 2 플러스 와 크세논 3 플러스의 비율을 비교하여 광학 레이저 펄스가 FEL 펄스 전후에 도착하는지 여부를 결정합니다. 광학 레이저 펄스가 FEL 펄스 앞에 도착하는 경우, 현재 값과 광 레이저 펄스가 FEL 펄스 후 200 picoseconds에 도착한 값 사이의 중간으로 타이밍을 설정합니다. 비행 스펙트럼의 또 다른 시간을 획득하고 세논 2 플러스 세논 3 플러스의 비율을 검사합니다.

T0이 500 펨토초 보다 더 정밀하게 근사될 때까지 레이저 펄스 타이밍을 계속 조정합니다. 그런 다음 50 펨토초 이하의 단계에서 T0의 대략적인 위치 주위에 1 개의 피코초를 더하거나 뺀 영역에 걸쳐 지연 스캔을 설정합니다. 비행 스펙트럼의 시간을 획득하고 각 단계에 대한 세논 2 플러스 xenon 3 플러스의 비율을 결정합니다.

지연 시간에 대하여 이러한 비율을 플롯하고, 단계 함수를 도출하고 단계 함수의 중심을 계산하여 T0의 정확한 시간적 위치를 얻습니다. 비행 분광법의 제논 이온 시간은 800 나노미터 에 가까운 IR 펄스가 적어도 67.5 전자 볼트의 광자 에너지와 FEL 펄스 전후에 크세논 가스 표적에 도착했는지 여부를 결정하는 데 사용할 수 있습니다. 신나게 메타스터블 크세논 2플러스의 이온화 후 FEL 펄스가 크세논 3플러스 수율을 증가시켜 온 후 거의 IR 펄스가 도착했을 때 발생하였다. 지연 시간의 함수로서 세논 2 플러스 xenon 3 플러스의 비율을 플로팅하면 T0이 결정될 수 있는 단계 함수를 제공했습니다.

요오드 이온 모멘텀 이미지는 또한 적어도 57 전자 볼트의 광자 에너지로 T0을 결정하는 데 사용되었다. 낮은 에너지 기여는 FEL 펄스 전에 UV 펄스가 도착했을 때만 스파이크로 보였습니다. T0은 지연 시간의 함수로서 스파이크 이온 수율의 플롯으로부터 추출되었다.

번치 도착 시간 모니터에 의해 기록 된 샷 별 데이터는 광학 레이저 펄스에 대하여 FEL 펄스의 상대적인 도착 시간에 지터를 보정하는 데 사용되었다. 이로 인해 특히 시간적 해상도에서 데이터 품질이 현저한 개선되었습니다. 일단 마스터되면, 광학 레이저 펄스와 FEL 사이의 시간적 및 공간 중첩을 확립하는 것은 약 2 ~ 3 시간 안에 수행 할 수 있으며 다음과 같은 펌프 프로브 측정은 일반적으로 며칠이 걸립니다.

이 절차는 가스 상에서 원자 및 분자를 위해 개발되었지만 나노 입자 또는 액체 및 고체와 같은 다른 샘플에도 적용 될 수 있습니다. 고출력 펨토초 레이저로 작업하는 것은 매우 위험할 수 있다는 것을 잊지 마십시오. 특정 안전 교육은 필수입니다.

고출력 레이저로 작업할 때는 항상 보호 용 레이저 안전 고글을 착용하십시오.