Name: Eksperymentalny protokół dla femtosekundowego NIR/UV - Eksperymenty z pompą i sondą XUV z laserami na swobodnych elektronach (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-10-23T12:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 49 s
Description: Poznaj protokół eksperymentalny dla pomiarów femtosekundowych z laserem na swobodnych elektronach. Ta metoda umożliwia badanie ultrafastowych reakcji fotochemicznych w cząsteczkach gazowych z dokładnością lepszą niż 500 femtosekund.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy dziękują: Evgeny Savelyev, Cédric Bomme, Nora Schirmel, Harald Redlin, Stefan Düsterer, Erland Müller, Hauke Höppner, Sven Toleikis, Jost Müller, Marie Kristin Czwalinna, Rolf Treusch, Thomas Kierspel, Terence Mullins, Sebastian Trippel, Joss Wiese, Jochen Küpper, Felix Brauβe, Faruk Krecinic, Arnaud Rouzée, Piotr Rudawski, Per Johnsson, Kasra Amini, Alexandra Lauer, Michael Burt, Mark Brouard, Lauge Christensen, Jan Thøgersen, Henrik Stapelfeldt, Nora Berrah, Maria Müller, Anatolij Ulmer, Simone Techert, Artem Rudenko, Daniela Rupp i Melanie Schnell, którzy uczestniczyli w czasie projekcji FLASH, podczas której uzyskano konkretne dane pokazane i omówione tutaj oraz którzy przyczynili się do analizy i interpretacji. Z wdzięcznością wyrażamy również uznanie dla pracy zespołów naukowych i technicznych z FLASH, które umożliwiły przeprowadzenie eksperymentu. D.R. dziękuje za wsparcie ze strony Wydziału Nauk Chemicznych, Nauk o Ziemi i Nauk Biologicznych, Biura Podstawowych Nauk o Energii, Biura Nauki, Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych, nr grantu. DE-FG02-86ER13491. Eksperymenty prowadzone w ramach projektu FLASH były również wspierane przez Helmholtz Gemeinschaft w ramach programu Helmholtz Young Investigator Program. Dziękujemy Towarzystwu Maxa Plancka za sfinansowanie rozwoju i początkowej eksploatacji stacji końcowej CAMP w ramach Max Planck Advanced Study Group w CFEL oraz za dostarczenie tego sprzętu dla CAMP@FLASH. Instalacja CAMP@FLASH została częściowo sfinansowana z grantów BMBF 05K10KT2, 05K13KT2, 05K16KT3 i 05K10KTB z FSP-302

<ol><li>Feldhaus, J., Arthur, J., Hastings, J. B. <a target="_blank" href="https://www.slac.stanford.edu/pubs/slacpubs/12250/slac-pub-12342.pdf">X-ray free-electron lasers.</a> J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 38, S799-S819 (2005).</li>
<li>Pellegrini, C. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1140/epjh/e2012-20064-5">The history of X-ray free electron lasers.</a> Eur. Phys. J. H. 37, 659-708 (2012).</li>
<li>Bostedt, C., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168900208020172">Experiments at FLASH.</a> Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A. 601, 108-122 (2009).</li>
<li>Fang, L., et al. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0953-4075/47/12/124006/meta">Probing ultrafast electronic and molecular dynamics with free-electron lasers.</a> J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 47, 124006(2014).</li>
<li>Rudenko, A., Rolles, D. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0368204815001553">Time-resolved studies with FELs.</a> J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 204, 228-236 (2015).</li>
<li>Bostedt, C., et al. <a target="_blank" href="https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.88.015007">Linac Coherent Light Source: The first five years.</a> Rev. Mod. Phys. 88, 015007(2016).</li>
<li>Wernet, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Orbital-specific+mapping+of+the+ligand+exchange+dynamics+of+Fe%28CO%295+in+solution%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Orbital-specific mapping of the ligand exchange dynamics of Fe(CO)5 in solution.</a> Nature. 520, 78-81 (2015).</li>
<li>McFarland, B. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrafast+X-ray+Auger+probing+of+photoexcited+molecular+dynamics%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Commun%22%5BJournal%5D)">Ultrafast X-ray Auger probing of photoexcited molecular dynamics.</a> Nat. Commun. 5, 4235(2014).</li>
<li>Erk, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+charge+transfer+in+iodomethane+upon+X-ray+photoabsorption%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Imaging charge transfer in iodomethane upon X-ray photoabsorption.</a> Science. 345, 288-291 (2014).</li>
<li>Boll, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Charge+transfer+in+dissociating+iodomethane+and+fluoromethane+molecules+ionized+by+intense+femtosecond+X-ray+pulses%5BTitle%5D)+AND+%22Struc.+Dyn%22%5BJournal%5D)">Charge transfer in dissociating iodomethane and fluoromethane molecules ionized by intense femtosecond X-ray pulses.</a> Struc. Dyn. 3, 043207(2016).</li>
<li>Amini, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photodissociation+of+aligned+CH3I+and+C6H3F2I+molecules+probed+with+time-resolved+coulomb+explosion+imaging+by+site-selective+XUV+ionization%5BTitle%5D)+AND+%22Struct.+Dyn%22%5BJournal%5D)">Photodissociation of aligned CH3I and C6H3F2I molecules probed with time-resolved coulomb explosion imaging by site-selective XUV ionization.</a> Struct. Dyn. 5, 014301(2018).</li>
<li>Savelyev, E., et al. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1367-2630/aa652d">Jitter-correction for IR/UV-XUV pump-probe experiments at the FLASH Free-Electron Laser.</a> New J. Phys. 19, 043009(2017).</li>
<li>Dell'Angela, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real-Time+Observation+of+Surface+Bond+Breaking+with+an+X-ray+laser%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Real-Time Observation of Surface Bond Breaking with an X-ray laser.</a> Science. 339, 1302-1305 (2013).</li>
<li>Öström, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Probing+the+transition+state+region+in+catalytic+CO+oxidation+on+Ru%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Probing the transition state region in catalytic CO oxidation on Ru.</a> Science. 347, 978-982 (2015).</li>
<li>Ackermann, W., et al. <a target="_blank" href="https://www.nature.com/articles/nphoton.2007.76">Operation of a free-electron laser from the extreme ultraviolet to the water window.</a> Nat. Photonics. 1, 336-342 (2007).</li>
<li>Feldhaus, J. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0953-4075/43/19/194002/meta">FLASH-the first soft X-ray free electron laser (FEL) user facility.</a> J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 43, 194002(2010).</li>
<li>Emma, P., et al. <a target="_blank" href="https://www.nature.com/articles/nphoton.2010.176">First lasing and operation of an Angstrom-wavelength free-electron laser.</a> Nat. Photonics. 4, 641-647 (2010).</li>
<li>Krikunova, M., et al. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1367-2630/11/12/123019">Time-resolved ion spectrometry on xenon with the jitter-compensated soft X-ray pulses of a free-electron laser.</a> New J. Phys. 11, 123019(2009).</li>
<li>Johnsson, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+a+two-color+pump-probe+setup+at+FLASH+using+a+velocity+map+imaging+spectrometer%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Characterization of a two-color pump-probe setup at FLASH using a velocity map imaging spectrometer.</a> Opt. Lett. 35, 4163-4165 (2010).</li>
<li>Glownia, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Time-resolved+pump-probe+experiments+at+the+LCLS%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Time-resolved pump-probe experiments at the LCLS.</a> Opt. Express. 18, 17620-17630 (2010).</li>
<li>Schulz, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Femtosecond+all-optical+synchronization+of+an+X-ray+free-electron+laser%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Commun%22%5BJournal%5D)">Femtosecond all-optical synchronization of an X-ray free-electron laser.</a> Nat. Commun. 6, 5938(2015).</li>
<li>Strüder, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168900209023900">Large-format, high-speed, X-ray pnCCDs combined with electron and ion imaging spectrometers in a multipurpose chamber for experiments at 4th generation light sources.</a> Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A. 614, 483-496 (2010).</li>
<li>Löhl, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electron+Bunch+Timing+with+Femtosecond+Precision+in+a+Superconducting+Free-Electron+Laser%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Electron Bunch Timing with Femtosecond Precision in a Superconducting Free-Electron Laser.</a> Phys. Rev. Lett. 104, 144801(2010).</li>
<li>Czwalinna, M. K. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22%28+%29%22">Dissertation (PhD Thesis)</a>. , Universität Hamburg. (2012).</li>
<li>Schorb, S., et al. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.3695163">X-ray-optical cross correlator for gas-phase experiments at the LCLS free-electron laser.</a> Appl. Phys. Lett. 100, 121107(2012).</li>
<li>Beye, M., et al. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.3695164">X-ray pulse preserving single-shot optical cross-correlation method for improved experimental temporal resolution.</a> Appl. Phys. Lett. 100, 121108(2012).</li>
<li>Bionta, M. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spectral+encoding+method+for+measuring+the+relative+arrival+time+between+x+ray%2Foptical+pulses%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">Spectral encoding method for measuring the relative arrival time between x ray/optical pulses.</a> Rev. Sci. Instrum. 85, 083116(2014).</li>
<li>Redlin, H., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168900210021935">The FLASH pump-probe laser system: Setup, characterization and optical beamlines.</a> Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A. 635, S88-S93 (2011).</li>
<li>Rolles, D., et al. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0953-4075/47/12/124035/meta">Femtosecond x-ray photoelectron diffraction on gas-phase dibromobenzene molecules.</a> J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 47, 124035(2014).</li>
<li>Maltezopoulos, T., et al. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1367-2630/10/3/033026/meta">Single-shot timing measurement of extreme-ultraviolet free-electron laser pulses.</a> New J. Phys. 10, 033026(2008).</li>
<li>Meyer, M., et al. <a target="_blank" href="http://photon-science.desy.de/research/research_highlights/archive/two_color_photoionization_in_xuv_free_electron_and_visible_laser_fields/index_eng.html">Two-color photoionization in XUV free-electron and visible laser fields.</a> Phys. Rev. A. 74, 011401(2006).</li>
<li>Radcliffe, P., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168900207019699">An experiment for two-color photoionization using high intensity extreme-UV free electron and near-IR laser pulses.</a> Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A. 583, 516-525 (2007).</li>
<li>Gagnon, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soft+X-ray-driven+femtosecond+molecular+dynamics%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Soft X-ray-driven femtosecond molecular dynamics.</a> Science. 317, 1374-1378 (2007).</li>
<li>Wernet, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real-time+evolution+of+the+valence+electronic+structure+in+a+dissociating+molecule%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Real-time evolution of the valence electronic structure in a dissociating molecule.</a> Phys. Rev. Lett. 103, 013001(2009).</li>
<li>Calegari, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrafast+electron+dynamics+in+phenylalanine+initiated+by+attosecond+pulses%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Ultrafast electron dynamics in phenylalanine initiated by attosecond pulses.</a> Science. 346, 336-339 (2014).</li>
</ol>

Autorzy deklarują brak sprzecznych interesów.

Ze względu na złożoność konfiguracji eksperymentalnych, eksperymenty z pompą i sondą z laserami na swobodnych elektronach wymagają wysokiego poziomu wiedzy i doświadczenia oraz wymagają bardzo starannego przygotowania i szczegółowych dyskusji z zespołami naukowymi, które obsługują laser na swobodnych elektronach, laser optyczny i stację końcową, zarówno przed, jak i w trakcie eksperymentu. Podczas wykonywania właściwego eksperymentu niezbędne jest precyzyjne określenie nakładania się przestrzennego i czasowego oraz ścisłe monitorowanie wszystkich systemów diagnostycznych i czasowych, zgodnie z opisem w niniejszym protokole.
Należy zauważyć, że większość opisanych tutaj metod ma zastosowanie tylko do określonego zakresu energii fotonów FEL, ponieważ opierają się one na efektach, które silnie zależą od energii fotonu. Na przykład stwierdzono, że określenie "zgrubnego" nakładania się czasowego za pomocą rozproszonego światła skierowanego na fotodiodę działa dobrze dla energii fotonów do ~250 eV. Przy wyższych energiach fotonów sygnał generowany przez impulsy FEL staje się tak mały, że trudno go wykryć. W tym przypadku okazało się, że otwarty kabel SMA, który można przyprowadzić bardzo blisko (mniej niż milimetr) do wiązki FEL, a nawet do niej, wytwarza bardziej niezawodny sygnał do wykonania procedury opisanej w kroku 3.1 protokołu. Podobnie, najlepszy cel do wyznaczenia "precyzyjnego" czasu, opisany w kroku 3.2), jest silnie zależny od energii fotonów. Dla impulsów FEL w obszarze XUV i miękkiego promieniowania rentgenowskiego powyżej energii fotonów 65,7 eV i ~57 eV (odpowiadających progom jonizacji 4d odpowiednio w ksenonach iCH3I), Xe iCH3I okazały się odpowiednimi celami dla procedury opisanej w kroku 3.2. Stwierdzono, że metoda wykorzystująca CH3I działa dla energii fotonów do 2 keV (powyżej której nie została jeszcze przetestowana), podczas gdy metoda wykorzystująca Xe została przetestowana do 250 eV. Dla energii fotonów poniżej 50 eV można zastosować proces zmiękczania wiązania w H2 19. Przy energiach fotonów powyżej 400 eV podobny proces w N2 jest również odpowiedni20. Alternatywne podejścia polegają na zmianie współczynnika odbicia próbki stałej 25,26,30 lub tworzeniu się pasm bocznych w widmie fotoelektronów 31,32.
W celu uzyskania najlepszej rozdzielczości czasowej konieczne jest sortowanie danych eksperymentalnych dla każdego ujęcia w analizie danych w celu skompensowania fluktuacji czasu przybycia między FEL a optycznymi impulsami lasera, jak opisano w kroku 5. Jednak jakość danych z sondy pompującej, a w szczególności osiągalna rozdzielczość czasowa, w dużym stopniu zależy od wydajności FEL podczas eksperymentu oraz od czasu trwania impulsów lasera optycznego i impulsów FEL, które mogą być dostarczone w tym czasie. Dla przykładowych danych pokazanych tutaj, czas trwania impulsów UV oszacowano na 150 fs (FWHM), a czas trwania impulsu FEL oszacowano na 120 fs (FWHM). Chociaż całkowity jitter czasu przybycia wynoszący około 90 fs (rms) przed korekcją jittera mógł zostać zredukowany do około 27 fs (rms) przy użyciu procedury opisanej tutaj12, wynikająca z tego poprawa całkowitej rozdzielczości czasowej eksperymentu była raczej niewielka ze względu na stosunkowo długi czas trwania impulsów FEL i lasera optycznego. Oba te czynniki można jednak znacznie zmniejszyć, w takim przypadku wpływ schematu korekcji jittera będzie bardziej znaczący. Na przykład w FLASH instalowany jest obecnie nowy laser optyczny, który będzie miał czas trwania impulsu (w bliskiej podczerwieni) poniżej 15 fs, a także testowane są nowe tryby pracy FEL, które mogą wytwarzać impulsy FEL o czasie trwania impulsu wynoszącym kilka femtosekund lub nawet mniej. Osiągnięcia te umożliwią wkrótce eksperymenty z pompą i sondą łączącą FEL i optyczne impulsy laserowe o ogólnej rozdzielczości czasowej wynoszącej zaledwie kilkadziesiąt femtosekund.
Podczas gdy zwiększona dostępność krótkich i intensywnych impulsów XUV i rentgenowskich wytwarzanych przez FEL zrodziła szereg eksperymentów z pompą i sondą NIR/UV - XUV, takich jak ten opisany tutaj, podobne eksperymenty pompa-sonda mogą być również przeprowadzane ze źródłami generacji wysokich harmonicznych (HHG) 33,34,35. Głównym ograniczeniem eksperymentów opartych na FEL jest zazwyczaj osiągalna rozdzielczość czasowa, która jest zasadniczo ograniczona przez synchronizację między FEL a laserem optycznym lub przez precyzję, z jaką można zmierzyć względny czas między impulsami pompy i sondy. Nie jest tak w przypadku eksperymentu z pompą i sondą opartego na HHG, w którym impulsy XUV i NIR są wewnętrznie zsynchronizowane z precyzją podcyklu i które w związku z tym mogą mieć znacznie wyższą rozdzielczość czasową. Z drugiej strony, główną zaletą eksperymentów opartych na FEL jest o kilka rzędów wielkości wyższa fluencja fotonów, co umożliwia eksperymenty, np. na rozcieńczonych tarczach, które nie są możliwe do wykonania przy obecnych źródłach HHG, zwłaszcza przy wyższych energiach fotonów w reżimie miękkiego promieniowania rentgenowskiego. W dającej się przewidzieć przyszłości eksperymenty z pompą i sondą z użyciem FEL i HHG pozostaną zatem komplementarne, z pewnym nakładaniem się na siebie w regionie XUV, gdzie oba te elementy mogą być wykorzystane do podobnych badań. Niektóre kroki do wykonania tych eksperymentów są również podobne, a niektóre z opisanych tutaj metod można zatem również zastosować do eksperymentów z pompą i sondą opartą na HHG.

Dostępność krótkich i intensywnych impulsów ultrafioletowych (XUV) i rentgenowskich z laserów na swobodnych elektronach (FELs)1,2 otworzyła nowe możliwości dla eksperymentów z pompą femtosekundową, wykorzystując specyficzność miejsca i pierwiastka procesu fotoabsorpcji w powłoce wewnętrznej3,4,5,6. Takie eksperymenty mogą być wykorzystywane np. do badania dynamiki molekularnej i procesów przenoszenia ładunku w cieczach7 i cząsteczek fazy gazowej8,9,10,11,12, oraz do obserwacji reakcji katalitycznych i ultraszybkiej chemii powierzchni w czasie rzeczywistym13,14 z rozdzielczością czasową 100 femtosekund lub mniejszą. Jeżeli eksperyment pompa-sonda jest przeprowadzany przez połączenie zsynchronizowanego optycznego lasera femtosekundowego z FEL, co miało miejsce we wszystkich wyżej wymienionych przykładach, wewnętrzny jitter czasu nadejścia między laserem optycznym a impulsami FEL musi być mierzony dla każdego ujęcia i korygowany w analizie danych w celu osiągnięcia najlepszej możliwej rozdzielczości czasowej.
W ramach dużej współpracy przeprowadzono ostatnio kilka eksperymentów z pompą i sondą łączących lasery optyczne z laserem na swobodnych elektronach9,10,11,12, oba w FLASH XUV FEL15,16 i LCLS X-ray FEL17 opracowano eksperymentalny protokół przeprowadzania i analizowania tych eksperymentów, który przedstawiono poniżej. Metoda została zademonstrowana w przykładowym eksperymencie przeprowadzonym na laserze na swobodnych elektronach FLASH w celu zbadania ultraszybkiej fotochemii w cząsteczkach fazy gazowej za pomocą obrazowania jonów mapy prędkości11,12. Jednak większość strategii ma również zastosowanie do podobnych eksperymentów z pompą i sondą przy użyciu innych celów lub innych technik eksperymentalnych i może być również dostosowana do innych obiektów FEL. Chociaż niektóre z przedstawionych tutaj kroków lub ich wariantów zostały już omówione w literaturze18,19,20, protokół ten zawiera wyczerpujący opis kluczowych kroków, w tym niektórych, które wykorzystują najnowsze ulepszenia techniczne w synchronizacji i diagnostyce taktowania, które znacznie poprawiły stabilność i rozdzielczość czasową dla Eksperymenty z sondą pompy12,21.
Poniższy protokół zakłada stację końcową sondy pompowej, taką jak instrument CAMP w FLASH22, wyposażoną w jonowy spektrometr czasu przelotu, jonowy obrazowanie pędu lub obrazowanie mapy prędkości (VMI); wylewny lub naddźwiękowy strumień gazu; oraz zsynchronizowany laser femtosekundowy w bliskiej podczerwieni (NIR) lub ultraultrafiolecie (UV), którego impulsy mogą nakładać się na siebie współliniowo lub prawie kolinco z wiązką lasera na swobodnych elektronach, jak schematycznie naszkicowano w <silna klasa="xfig">Rysunek 1. Ponadto odpowiedni zestaw narzędzi diagnostycznych, takich jak zdejmowany ekran podglądu wiązki (np. łopatka pokryta proszkiem Ce:YAG lub cienki kryształ Ce:YAG) w obszarze interakcji, szybka fotodioda czuła zarówno na FEL, jak i impulsy laserowe, a także monitor czasu nadejścia wiązki (BAM)23,24 lub "narzędzie do pomiaru czasu"25, 26,27 są wymagane, z których wszystkie są zwykle zintegrowane ze stacją końcową sondy pompowej lub są dostarczane przez placówkę FEL, jeśli są wymagane przed eksperymentem. Wreszcie, korekcja fluktuacji dla poszczególnych ujęć zakłada, że dane eksperymentalne są rejestrowane i dostępne dla każdego ujęcia i powiązane z pomiarami jittera czasu nadejścia grupy ujęcie po ujęciu za pomocą unikalnego "identyfikatora grupy" lub innego równoważnego schematu.
W FLASH, konkretne systemy, które są kluczowe dla eksperymentów z pompą-sondą, to:
<ul>
	<li>Aktywny, w pełni optyczny system sprzężenia zwrotnego i stabilizacji lasera pompa-sonda do głównego oscylatora laserowego, który obejmuje zrównoważony optyczny korelator krzyżowy, który stabilizuje wyjście oscylatora lasera pompa-sonda do głównego oscylatora laserowego, oraz korelator krzyżowy ("korelator dryfu") do korygowania powolnych dryftów wzmacniacza laserowego w odniesieniu do oscylatora21.</li>
	<li>Monitory czasu przybycia wiązki (BAM), które mierzą różnice między strzałami w czasie przybycia wiązki elektronów w różnych pozycjach akceleratora w odniesieniu do głównego oscylatora laserowego23,24. Mogą być używane do pętli aktywnego sprzężenia zwrotnego w celu ustabilizowania czasu wiązek elektronów w odniesieniu do głównego oscylatora laserowego, zmniejszając w ten sposób powolne dryfty w czasie przybycia. Co więcej, BAM znajdujący się w pobliżu eksperymentu (BAM 4DBC3) może być wykorzystany do korekcji jittera między strzałami w analizie danych, co jest szczegółowo opisane w kroku 5.1 protokołu eksperymentalnego.</li>
	<li>Kamera smugowa lasera z sondą pompy, która mierzy względny czas między wyjściem lasera pompa-sonda a promieniowaniem dipolowym generowanym przez wiązkę elektronów na końcu akceleratora, zanim zostanie ona skierowana do zrzutu wiązki28.</li>
	<li>Kamera do ustawiania ostrości, która obrazuje "wirtualne" ogniskowanie lasera za pomocą części wiązki laserowej, która przecieka przez ostatnie zwierciadło obrotowe za soczewką skupiającą, w celu pasożytniczego monitorowania powolnych dryfów przestrzennych lasera optycznego.</li>
</ul>
Podobne systemy są dostępne w innych obiektach FEL i są kluczowe dla przeprowadzenia wiarygodnego eksperymentu z pompą-sondą.

<table><tbody><tr><td>Xenon</td><td>Linde</td><td></td><td>minican</td></tr><tr><td>CH3I (jodek metylu)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>67692</td><td>lub inna odpowiednia próbka</td></tr><tr><td>FEL stacja końcowa z pompą-sondą</td><td>CAMP@FLASH lub LAMP@LCLS</td><td></td><td>lub podobna stacja końcowa w innym zakładzie FEL</td></tr><tr><td>szybka fotodioda XUV</td><td>Opto Diode Corp.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>AXUVHS11 odchylenie</td><td>T Tektronix</td><td>PSPL5575A</td><td></td></tr><tr><td>szybki ( &ge; 2 GHz) oscyloskop</td><td>LeCroy WaveMaster</td><td>8600A</td><td></td></tr></tbody></table>

eksperymentalny protokół dla femtosekundowego nir/uv - eksperymenty z pompą i sondą xuv z laserami na swobodnych elektronach

An Experimental Protocol for Femtosecond NIR/UV - XUV Pump-Probe Experiments with Free-Electron Lasers

Ten protokół opisuje kluczowe kroki w przeprowadzaniu i analizowaniu eksperymentów z femtosekundową pompą-sondą, które łączą femtosekundowy laser optyczny z laserem na swobodnych elektronach. Obejmuje to metody ustalania przestrzennego i czasowego nakładania się impulsów laserowych optycznych i impulsów lasera na swobodnych elektronach podczas eksperymentu, a także ważne aspekty analizy danych, takie jak poprawki na jitter czasu przybycia, które są niezbędne do uzyskania wysokiej jakości zestawów danych pompa-sonda o najlepszej możliwej rozdzielczości czasowej. Metody te zostały zademonstrowane w przykładowym eksperymencie przeprowadzonym w laserze na swobodnych elektronach FLASH (Free-electron LASer Hamburg) w celu zbadania ultraszybkiej fotochemii w cząsteczkach fazy gazowej za pomocą obrazowania jonów na mapie prędkości. Jednak większość strategii ma również zastosowanie do podobnych eksperymentów z pompą i sondą przy użyciu innych celów lub innych technik eksperymentalnych.

Jeśli impulsy FEL i laseru optycznego nakładają się przestrzennie w obszarze oddziaływania spektrometru jonowego, nakładanie się czasowe, tj. wartość opóźnienia T0, przy której impulsy FEL i laserowe docierają dokładnie w tym samym czasie, można wyznaczyć poprzez zmianę opóźnienia między impulsami FEL i NIR oraz analizę stosunku wydajności jonów Xe2+ do Xe3+ w funkcji opóźnienia, zgodnie z wyjaśnieniem w sekcji 3.2.1. Gdy impuls NIR dociera po impulsie FEL (który musi mieć energię fotonu 67,5 eV lub wyższą), wydajność jonów Xe3+ wzrasta z powodu pojonizacji wzbudzonych, metastabilnych jonów Xe2+ , które powstają w procesie rozpadu Augera po jonizacji powłoki wewnętrznej Xe(4d)18, co przedstawiono na Rysunku 2. Wykreślenie stosunku wydajności jonów Xe2+ do Xe3+ w funkcji opóźnienia daje zatem funkcję skokową, którą można dopasować w celu wyznaczenia dokładnej wartości T0.
Podobną funkcję skokową można uzyskać poprzez zmianę opóźnienia między impulsami FEL a laserowymi i analizę śladów czasu przelotu jonów lub obrazów pędu jonów silnie naładowanych jonów jodu, takich jak I3+ lub I4+, powstałych podczas jonizacji CH3I, zgodnie z opisem w kroku 3.2.2). W tym przypadku wkład niskich energii pojawi się jako dodatkowy pik w centrum pików silnie naładowanego jodu w widmie czasu przelotu lub jako jasna plamka w centrum odpowiadających im obrazów pędu, jak pokazano na Rysunku 3. Jony niskich energii powstają, gdy cząsteczki CH3I ulegają najpierw dysocjacji pod wpływem impulsu laserowego, a następnie fragment jonowy zostaje poddany post-jonizacji przez impuls FEL9,10. Metoda ta może być stosowana w przypadku użycia impulsów NIR lub UV w eksperymencie pompa-sonda, pod warunkiem że energia fotonu FEL jest wyższa niż 57 eV, co stanowi próg jonizacji powłoki wewnętrznej 4d jodu w CH3I.
Aby skorygować jitter względnego czasu przybycia impulsów FEL w odniesieniu do impulsów laserowych, dane rejestrowane dla każdego strzału przez monitor czasu przybycia wiązki (BAM), przedstawione na ryc. 4, mogą zostać wykorzystane do posortowania zapisanych danych pomiarów pompa-sonda podczas analizy końcowej, zgodnie z opisem w sekcji 5. Zazwyczaj znacznie poprawia to rozdzielczość czasową oraz ogólną jakość danych pompa-sonda, co pokazano na ryc. 4, a bardziej szczegółowo w pracy Savelyev et al. 201712.
<img alt="Rysunek 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57055/57055fig1.jpg" /> 
Rysunek 1: Układ eksperymentalny. Schemat układu eksperymentalnego do eksperymentu UV-pump XUV-probe na cząsteczkach w fazie gazowej. Wiązka lasera UV (266 nm) jest generowana jako trzecia harmoniczna wiązki tytanowo-szafirskiego (Ti:Sa) lasera o długości fali 800 nm przy użyciu kryształów boranu beta-baru (BBO) i kompresowana za pomocą kompresora pryzmatycznego. Jest ona nakładana kolinearnie na wiązkę XUV FEL za pomocą lustra z otworem i ogniskowana wewnątrz naddźwiękowej wiązki gazu w centrum dwustronnego spektrometru obrazowania mapy prędkości (VMI)22,29. Rozkłady pędu jonów i elektronów są rejestrowane na przeciwległych końcach spektrometru za pomocą zestawu MCP/ekran fosforowy oraz kamery CCD. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57055/57055fig1large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Rycina 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57055/57055fig2.jpg" /> 
Rycina 2: Zależność wydajności jonów Xe od opóźnienia. Widmo czasu przelotu jonów Xe (sygnał MCP odsprzężony, zarejestrowany przez szybki digitalizator) przy energii fotonów 83 eV, z impulsami lasera NIR docierającymi 1 μs przed (góra, ślad czarny) oraz po (dół, ślad czerwony) impulsach FEL. Wyraźnie widoczna jest zmiana stosunku Xe2+ do Xe3+ . <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57055/57055fig2large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Rycina 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57055/57055fig3.jpg" /> 
Rycina 3: Zależność wydajności i pędu jonów jodu od opóźnienia. (A) Powiększenie piku I4+ w widmie czasu przelotu jonów CH3I zarejestrowanym przy energii fotonów 727 eV, gdy impulsy lasera UV docierały przed (linia czerwona) i po (linia czarna) impulsach FEL. Linie niebieska i zielona przedstawiają odpowiednio widma czasu przelotu dla samych impulsów FEL i UV. Rycina została zmodyfikowana na podstawie pracy Boll et al. 201610. (B) Obraz pędu jonów I3+ z CH3I zarejestrowany przy energii fotonów 107 eV, gdy impulsy lasera UV docierały przed impulsami FEL. (C) Analogicznie jak w (B), lecz z impulsami UV docierającymi po impulsach FEL. Skala kolorów w (B) i (C) przedstawia wydajność jonów w jednostkach umownych. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57055/57055fig3large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Rycina 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57055/57055fig4.jpg" /> 
Rycina 4: Relatywny jitter czasu przybycia impulsów FEL względem impulsów lasera optycznego. (A) Dane z monitora czasu przybycia wiązki (BAM) dla wszystkich impulsów FEL zarejestrowane podczas przykładowego skanowania opóźnienia. Wartość referencyjna BAM0 została ustawiona na średnią wartość BAM dla tego skanowania. (B) Wydajność jonowa jonów I3+ o niskiej energii kinetycznej wytworzonych w eksperymencie pompowym z sondowaniem UV-XUV na difluoroiodobenzen przed korekcją jittera czasu przybycia poszczególnych impulsów. Czerwona linia przedstawia dopasowanie metodą najmniejszych kwadratów funkcji rozkładu skumulowanego (funkcja błędu Gaussa) do danych eksperymentalnych. Parametr dopasowania σ jest miarą całkowitej rozdzielczości czasowej eksperymentu pompowego z sondowaniem. (C) Analogicznie jak w (B), ale z obrazami z pojedynczych impulsów przyporządkowanymi do nowych przedziałów opóźnienia przy użyciu danych BAM. Słupki błędów reprezentują jedno odchylenie standardowe. Rycina zaadaptowana z Savelyev et al. 201712. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57055/57055fig4large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny.</a>

Ten protokół opisuje kluczowe kroki do przeprowadzania i analizowania eksperymentów z pompą-sondą, łącząc femtosekundowy laser optyczny z laserem na swobodnych elektronach, w celu zbadania ultraszybkich reakcji fotochemicznych w cząsteczkach fazy gazowej.

Eksperymentalny protokół dla femtosekundowego NIR/UV - Eksperymenty z pompą i sondą XUV z laserami na swobodnych elektronach

This protocol describes key steps in performing and analyzing femtosecond pump-probe experiments that combine a femtosecond optical laser with a ...

Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w fizyce i chemii, takie jak to, które wiązania są zrywane jako pierwsze lub jak atomy i elektrony przegrupowują się podczas reakcji chemicznej. Główną zaletą tej techniki jest to, że ekstremalne promieniowanie ultrafioletowe z lasera na swobodnych elektronach lub FEL może działać jak sonda specyficzna dla miejsca, ponieważ jonizuje tylko określone atomy w cząsteczce. Nauczenie się, jak osiągnąć przestrzenne i czasowe nakładanie się wiązek lasera FEL i optycznego, przynosi korzyści z demonstracji wizualnej, ponieważ stosowana jest bardzo specyficzna diagnostyka, a efekty mogą być subtelne.Procedurę tę zademonstruje Demitrios Rompotis, fizyk z FLASH Free-Electron Laser w DESY. Najpierw sprawdź, czy detektor jonów, detektor elektronów i zasilanie wysokiego napięcia elektrod spektrometru jonowego są wyłączone. Zamknij migawki FEL i optyczne przesłony lasera za pomocą oprogramowania przyrządu.Skonfiguruj filtry i tłumiki zainstalowane w linii wiązki tak, aby energia impulsu FEL i moc lasera optycznego były zredukowane do mniej niż 1% transmisji. Następnie włóż ekran podglądu wiązki Cerium YAG do obszaru interakcji. Otwórz migawkę FEL i przyjrzyj się ekranowi za pomocą kamery CCD.Jeśli plamka wiązki nie jest wykrywalna na ekranie, nieznacznie zwiększ intensywność wiązki. Po zlokalizowaniu plamki wiązki oznacz pozycję wiązki FEL jako obszar zainteresowania w oprogramowaniu do akwizycji danych kamery. Następnie otwórz optyczną migawkę laserową i zamknij migawkę FEL.Wyreguluj lusterka kierownicze, aby wyrównać optyczną wiązkę laserową z zaznaczoną pozycją wiązki FEL. Powtórz ten proces blokowania wiązki, aby uściślić przestrzenne nakładanie się i sprawdzić, czy nakładanie się jest stabilne. Po wyrównaniu belek zdejmij ekran podglądu belki.Włącz detektory i zasilanie elektrody spektrometru. Upewnij się, że szybka fotodioda podłączona do szybkiego oscyloskopu jest zainstalowana prostopadle do wiązki FEL wraz z ruchomą siatką, aby skierować niewielką ilość rozproszonych fotonów do diody. Zmniejsz energię impulsu FEL i moc lasera optycznego do 1% transmisji.Następnie zamknij FEL i optyczne migawki laserowe. Wstaw siatkę rozpraszającą do belki. Dostosuj położenie siatki, energię impulsu FEL i moc lasera optycznego tak, aby każda pojedyncza wiązka dawała wyraźny sygnał, a oba sygnały miały tę samą wysokość.Następnie zamknij optyczną migawkę lasera. Skonfiguruj szybki oscyloskop tak, aby używał najdrobniejszej dostępnej podstawy czasu i zbierał około 100 średnich dla śladu. Zapisz i zapisz ślad referencyjny samej belki FEL.Następnie zamknij migawkę FEL i otwórz optyczną migawkę laserową. Porównaj ślad z lasera optycznego ze śladem referencyjnym FEL. Następnie przesuń czas nadejścia optycznego impulsu laserowego tak, aby początek optycznego sygnału laserowego dokładnie odpowiadał początkowi sygnału FEL.Powtórz porównanie blokowania wiązki i początku sygnału, aby potwierdzić, że FEL i optyczne impulsy laserowe są precyzyjnie wyrównane. Zwróć uwagę na czas, w którym impulsy FEL i lasera optycznego nakładają się na siebie, ponieważ początkowe oszacowanie T0.To rozpocząć dostrajanie T0, stłumić FEL i laser optyczny w wystarczającym stopniu, aby uniknąć uszkodzenia detektorów jonów i elektronów, gdy do systemu wprowadzany jest gaz ksenonowy. Upewnij się, że spektrometr jest w trybie lotu.Następnie wprowadź gaz ksenonowy do komory albo przez strumień gazu, albo wpuszczając gaz ksenonowy do opróżnionej komory przez zawór iglicowy. W przypadku zastosowania tej drugiej metody należy osiągnąć ciśnienie w komorze między 1 razy 10 do minus siedem i 1 razy 10 do minus sześć milibarów. Zapisz czas jonów ksenonowych widma lotu.Następnie zamknij migawkę FEL i wyreguluj energię impulsu FEL tak, aby ksenonowe dwa plus i ksenonowe trzy plus należały do najsilniejszych stanów naładowanych ksenonem w czasie lotu widma, a wyższe stany naładowane ksenonem były tłumione w jak największym stopniu. Następnie zamknij migawkę FEL i otwórz optyczną migawkę laserową. Dostosuj moc lasera optycznego tak, aby impulsy laserowe wytwarzały głównie ksenon plus z niewielką ilością xenon two plus.Otwórz migawkę FEL po zakończeniu regulacji. Na podstawie wcześniej wyznaczonej przybliżonej wartości T0 ustaw czas FEL i optycznego impulsu laserowego tak, aby optyczne impulsy laserowe docierały około 200 pikosekund przed impulsami FEL. Uzyskaj czas przelotu widma jonów ksenonowych i określ stosunek ksenonu dwa plus do ksenonu trzy plus z obszarów pików.Następnie skonfiguruj lasery tak, aby optyczne impulsy laserowe docierały około 200 pikosekund po impulsach FEL. Uzyskaj inny czas lotu widma i określ stosunek ksenonu dwa plus do ksenonu trzy plus. Sprawdź, czy sygnał ksenonowy trzy plus jest znacznie silniejszy w tym widmie niż w poprzednim widmie.Czasami różnica między laserem wczesnym a późnym laserem w sygnale ksenonowym jest bardzo mała z powodu niewystarczającego nakładania się przestrzennego. W takim przypadku należy powtórzyć procedurę nakładania się przestrzennego, aby uzyskać dużą różnicę w obu sygnałach. Ustaw taktowanie lasera na połowę odległości między poprzednimi dwiema wartościami i uzyskaj inny czas widma lotu.Porównaj stosunek ksenonu dwa plus do ksenonu trzy plus, aby określić, czy optyczne impulsy laserowe docierają przed, czy po impulsach FEL. Jeśli optyczne impulsy laserowe docierają przed impulsami FEL, ustaw czas na połowę drogi między wartością prądu a wartością, przy której impulsy lasera optycznego dotarły 200 pikosekund po impulsach FEL. Uzyskaj inny czas lotu widma i zbadaj stosunek ksenonu dwa plus do ksenonu trzy plus.Kontynuuj regulację czasu impulsu laserowego, aż T0 zostanie przybliżone z dokładnością lepszą niż 500 femtosekund. Następnie ustaw skanowanie z opóźnieniem w obszarze plus lub minus jednej pikosekundy wokół przybliżonej pozycji T0 w krokach nie większych niż 50 femtosekund. Uzyskaj widmo czasu lotu i określ stosunek ksenonu dwa plus do ksenonu trzy plus dla każdego kroku.Wykreśl te współczynniki w odniesieniu do czasów opóźnienia, wyprowadź funkcję krokową i oblicz środek funkcji krokowej, aby uzyskać dokładne położenie czasowe T0. Spektroskopia czasu przelotu jonów ksenonowych może być wykorzystana do określenia, czy impuls bliskiej podczerwieni o długości 800 nanometrów dotarł do celu z gazem ksenonowym przed lub po impulsie FEL o energii fotonów co najmniej 67,5 elektronowoltów. Postjonizacja wzbudzonego metastabilnego ksenonu dwa plus nastąpiła, gdy impuls bliskiej podczerwieni pojawił się po impulsie FEL, zwiększając wydajność ksenonu trzy plus. Wykreślenie stosunku ksenonu dwa plus do ksenonu trzy plus w funkcji czasu opóźnienia dostarczyło funkcji krokowej, na podstawie której można było wyznaczyć T0.Obrazy pędu jonów jodu wykorzystano również do wyznaczenia T0 o energii fotonu wynoszącej co najmniej 57 elektronowoltów. Niski wkład energii był widoczny jako skok tylko wtedy, gdy impuls UV pojawił się przed impulsem FEL. T0 wyekstrahowano z wykresu wydajności jonów kolczastych w funkcji czasu opóźnienia.Dane ujęcie po ujęciu zarejestrowane przez monitor czasu przybycia Bunch zostały wykorzystane do skorygowania fluktuacji we względnym czasie nadejścia impulsów FEL w odniesieniu do optycznych impulsów laserowych. Spowodowało to zauważalną poprawę jakości danych, szczególnie w rozdzielczości czasowej. Po opanowaniu, ustalenie czasowego i przestrzennego nakładania się optycznych impulsów laserowych i FEL można wykonać w ciągu około dwóch do trzech godzin, podczas gdy pomiar za pomocą sondy pompy, który następuje później, trwa zwykle kilka dni.Chociaż procedura ta została opracowana dla atomów i cząsteczek w fazie gazowej, można ją również zastosować do innych próbek, takich jak nanocząstki lub ciecze i ciała stałe. Nie zapominaj, że praca z laserami femtosekundowymi o dużej mocy może być niezwykle niebezpieczna. Obowiązkowe jest specjalne szkolenie w zakresie bezpieczeństwa.A podczas pracy z laserami o dużej mocy zawsze noś ochronne okulary ochronne do lasera.

an-experimental-protocol-for-femtosecond-niruv-xuv-pump-probe

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Kluczowe etapy funkcjonowania białka, w szczególności zmiany konformacyjne szkieletu i reakcje transferu protonów, często odbywają się w skali od mikrosekund do milisekund. Te dynamiczne procesy można badać za pomocą spektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera ze skanowaniem czasowo-rozdzielczym, w szczególności w przypadku białek, których funkcja jest wyzwalana przez światło.

Transfer protonów i dynamika konformacji białek w białkach światłoczułych za pomocą spektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera ze skanowaniem czasowym i transformacją Fouriera

Prezentujemy protokół tworzenia w czasie rzeczywistym filmu pakietu molekularnej fali rotacyjnej przy użyciu wysokorozdzielczego zestawu do obrazowania eksplozji kulombowskiej.

Bezpośrednie obrazowanie ultraszybkiej rotacji molekularnej sterowanej laserem

Opisujemy konstrukcję spektrometru CW-SBS do szybkiego rozpraszania Brillouiny stymulowanego falami ciągłymi. Spektrometr wykorzystuje lasery diodowe o pojedynczej częstotliwości i atomowy filtr wycinający do pozyskiwania widm transmisyjnych mętnych/niemętnych próbek o wysokiej rozdzielczości spektralnej przy prędkościach do 100 razy większych niż w przypadku istniejących spektrometrów CW-SBS. To ulepszenie umożliwia szybką analizę materiału Brillouina.<br...

Szybki spektrometr rozpraszania Brillouina stymulowany falami ciągłymi do analizy materiałów

Opisujemy eksperyment mający na celu zbadanie uszkodzeń elektronowych indukowanych w nanokryształach buckminsterfullerenu (C60) przez intensywne, femtosekundowe impulsy promieniowania rentgenowskiego. Eksperyment wykazał, że dynamika elektronów indukowana promieniowaniem rentgenowskim w C60 nie jest stochastyczna, ale silnie skorelowana, rozciągając się na setki komórek elementarnych w obrębie kryształów1.

Pomiary korelacji elektronowych dalekiego zasięgu podczas eksperymentów dyfrakcji femtosekundowej wykonywanych na nanokryształach buckminsterfullerenu

Tutaj łączymy laser 7-eV o zmiennej polaryzacji z techniką fotoemisji o rozdzielczości spinowej i kątowej, aby zobrazować efekt sprzężenia spinowo-orbitalnego w stanach stałych.

Eksperymentalne metody spektroskopii fotoemisyjnej ze spinową i kątową rozdzielczością w połączeniu z laserem o zmiennej polaryzacji

Impulsy femtosekundowe światła laserowego o wysokiej intensywności mogą przechodzić cykle samoogniskowania Kerra i rozogniskowania plazmowego, rozchodząc intensywną wiązkę o średnicy poniżej milimetra na duże odległości. Opisujemy technikę generowania i wykorzystywania tych włókien do wykonywania zdalnego obrazowania i wykrywania poza klasycznymi granicami dyfrakcyjnymi optyki liniowej.

Filamenty laserów femtosekundowych do stosowania w obrazowaniu o ograniczonej subdyfrakcji i teledetekcji

Przedstawiamy protokół do badania ultraszybkich koherencji wibracyjnych w wieloatomowych kationach rodników, które skutkują dysocjacją molekularną.

Pomiar ultraszybkich koherencji wibracyjnych w wieloatomowych kationach rodnikowych z jonizacją adiabatyczną w silnym polu

Ściśle skoncentrowany laser femtosekundowy może dostarczać precyzyjną stymulację komórkom poprzez połączenie z mikroskopią konfokalną, umożliwiając obserwację w czasie rzeczywistym i fotostymulację. Fotostymulacja może aktywować zdarzenia molekularne komórki, w tym szlak sygnałowy ERK i mitochondrialne błyski reaktywnych form tlenu.

Fotostymulacja laserem femtosekundowym aktywuje sygnalizację kinazy regulowanej sygnałem zewnątrzkomórkowym (ERK) lub zdarzenia mitochondrialne w komórkach docelowych

Przedstawiono metodę budowy niestandardowego, taniego, zsynchronizowanego w trybie femtosekundowego lasera światłowodowego do potencjalnych zastosowań w mikroskopii wielofotonowej, endoskopii i fotomedycynie. Ten laser jest zbudowany przy użyciu dostępnych na rynku części i podstawowych technik łączenia.

Tania, niestandardowa produkcja i działanie lasera femtosekundowego o całkowicie normalnej dyspersji do mikroskopii wielofotonowej

Opisano szczegóły generowania i optymalizacji sygnału, pomiaru, akwizycji danych i obsługi danych dla femtosekundowego, czasowo rozdzielczego, stymulowanego spektrometrem Ramana w bliskiej podczerwieni. Jako reprezentatywne zastosowanie pokazano badanie Ramana stymulowane bliską podczerwienią dynamiki stanu wzbudzonego β-karotenu w toluenie.

Ultraszybkie, czasowo-rozdzielcze, stymulowane bliską podczerwienią pomiary ramanowskie funkcjonalnych układów π-sprzężonych

Poznaj protokół eksperymentalny dla pomiarów femtosekundowych z laserem na swobodnych elektronach. Ta metoda umożliwia badanie ultrafastowych reakcji fotochemicznych w cząsteczkach gazowych z dokładnością lepszą niż 500 femtosekund.

Eksperymentalny protokół dla femtosekundowego NIR/UV - Eksperymenty z pompą i sondą XUV z laserami na swobodnych elektronach

Przeglądaj więcej filmów