Экспериментальный протокол для фемтосекундных NIR/УФ - XUV насос зонд эксперименты с лазеры на свободных электронах

Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в физике и химии, такие как, какие связи сломаны в первую очередь или как атомы и электроны перестраиваются во время химической реакции. Основным преимуществом этого метода является то, что экстремальное ультрафиолетовое излучение от Лазера Свободного Электрона или FEL может выступать в качестве зонда, специфичного для конкретного участка, потому что оно ионизирует только конкретные атомы внутри молекулы. Научиться достигать пространственного и временного перекрытия между FEL и оптических лазерных лучей выгоды от визуальной демонстрации, потому что очень конкретные диагностики используются и эффекты могут быть тонкими.

Демонстрацией этой процедуры будет Демитриос Ромпотис, физик из FLASH Free-Electron Laser в DESY. Во-первых, убедитесь, что ионный детектор, детектор электронов и высоковольтная мощность ионных спектрометрных электродов выключены. Закройте FEL и оптические лазерные ставни с помощью программного обеспечения инструмента.

Настройте фильтры и атенуаторы, установленные в линии луча, чтобы импульсная энергия FEL и оптическая лазерная мощность были уменьшены до менее чем 1% передачи. Затем вставьте экран просмотра луча Cerium YAG в область взаимодействия. Откройте затвор FEL и осмотрите экран с помощью камеры CCD.

Если пятно луча не обнаруживается на экране, немного увеличьте интенсивность луча. После того, как пятно луча было расположено, отметь положение пучка FEL как область, интересуюющейся программным обеспечением для получения данных камеры. Затем откройте оптический лазерный затвор и закройте затвор FEL.

Отрегулируйте рулевые зеркала, чтобы выровнять оптический лазерный луч с отмеченным положением пучка FEL. Повторите этот процесс блокировки луча для уточнения пространственного перекрытия и проверки того, что перекрытие является стабильным. Как только лучи выровнены, удалите экран просмотра луча.

Включите детекторы и мощность электрода спектрометра. Убедитесь, что быстрый фотодиод, подключенный к быстрому осциллоскопу, устанавливается перпендикулярно лучу FEL вместе с подвижной сеткой, чтобы отвлечь небольшое количество рассеянных фотонов на диод. Уменьшите энергию импульса FEL и мощность оптического лазера до 1%передачи.

Затем закройте FEL и оптические лазерные ставни. Вставьте рассеяние сетки в луч. Отрегулируйте положение сетки, энергию импульса FEL и оптическую лазерную энергию так, чтобы каждый отдельный луч высвещит четкий сигнал и оба сигнала имеют одинаковую высоту.

Затем закройте оптический лазерный затвор. Настройте быстрый осциллоскоп, чтобы использовать лучшие базы времени доступны и собрать около 100 средних для следа. Завехать и сохранить эталонный след луча FEL в одиночку.

Затем закройте затвор FEL и откройте оптический лазерный затвор. Сравните след от оптического лазера с эталоном FEL. Затем сдвинуть время прибытия оптического лазерного импульса так, чтобы начало оптического лазерного сигнала точно совпадает с началом сигнала FEL.

Повторите сравнение блокирования луча и начала сигнала, чтобы подтвердить, что FEL и оптические лазерные импульсы точно выровнены. Обратите внимание на время перекрытия FEL и оптических лазерных импульсов в качестве первоначальной оценки T0. Чтобы начать тонкую настройку T0, занизить FEL и оптический лазер в достаточной степени, чтобы избежать повреждения ионных и электронных детекторов, когда ксеноновый газ вводится в систему. Убедитесь, что спектрометр находится во время полета.

Затем ввимите ксенон газ в камеру либо через газовую струю, либо путем введения ксенонового газа в эвакуированную камеру через игольчатый клапан. Если используется последний метод, достичь давления камеры от одного раза 10 до отрицательного семь и один раз 10 до отрицательных шести миллибаров. Запись ксенона ионный время полета спектра.

Затем закройте затвор FEL и отрегулируйте энергию импульса FEL так, чтобы ксенон два плюс и ксенон три плюс были одними из самых сильных ксеноновых заряженных состояний во время полета спектра и более высокие ксеноновые заряженные состояния подавлялись как можно больше. Затем закройте затвор FEL и откройте оптический лазерный затвор. Отрегулируйте оптическую лазерную мощность так, чтобы лазерные импульсы производят в основном ксенон плюс только с небольшим количеством ксенонов два плюс.

Откройте затвор FEL по момент завершения регулировки. Основываясь на ранее определенном грубом значении T0, установите время FEL и оптического лазерного импульса, чтобы оптические лазерные импульсы прибыли примерно за 200 пикосекунд до импульсов FEL. Приобрети ксеноновое ионные сроки полета спектра и определите соотношение ксенона два плюс к ксенону три плюс из пиковых областей.

Затем настройте лазеры таким образом, что оптические лазерные импульсы прибывают около 200 пикосекунд после импульсов FEL. Приобрети другое время полета спектра и определите соотношение ксенон два плюс к ксенон три плюс. Убедитесь, что ксенон три плюс сигнал значительно сильнее в этом спектре, чем в предыдущем спектре.

Иногда разница между лазером на ранних стадиях и лазером в конце ксенонового сигнала очень мала из-за недостаточного пространственного перекрытия. В таком случае следует повторить процедуру пространственного перекрытия, чтобы добиться большой разницы в этих двух сигналах. Установите лазерное время на полпути между предыдущими двумя значениями и приобрести другое время полета спектра.

Сравните соотношение ксенонов два плюс ксенон три плюс, чтобы определить, являются ли оптические лазерные импульсы прибывают до или после импульсов FEL. Если оптические лазерные импульсы прибывают до импульсов FEL, установите время на полпути между текущим значением и значением, при котором оптические лазерные импульсы прибыли через 200 пикосекунд после импульсов FEL. Приобрети другое время полета спектра и изучить соотношение ксенон два плюс ксенон три плюс.

Продолжайте корректировать время лазерного импульса до тех пор, пока T0 не будет приближен с точностью более 500 фемтосекунд. Затем найте сканирование задержки по области плюс-минус одна пикосекунда вокруг приблизительного положения T0 в шагах не более 50 фемтосекунд. Приобрети время полета спектра и определите соотношение ксенонов два плюс к ксенону три плюс для каждого шага.

Участок этих соотношений по отношению к времени задержки, получить функцию шага и вычислить центр функции шага, чтобы получить точное временное положение T0. Ксенон ионный время полетной спектроскопии может быть использовано для определения того, 800 нанометровый почти ИК импульс прибыл в ксенон газовой цели до или после импульса FEL с фотонной энергии, по крайней мере 67,5 электронных вольт. Постионизация возбужденных метастабийки ксенона два плюс произошло, когда около-ИК импульс прибыл после ТОГО импульс увеличения ксенона три плюс выход. Планирование соотношения ксенонов два плюс ксенон три плюс в качестве функции задержки времени при условии, шаг функции, из которых T0 может быть определена.

Изображения ионной импульса йода также использовались для определения T0 с фотонной энергией не менее 57 электронов вольт. Низкий энергетический вклад был виден как всплеск только тогда, когда УФ-импульс прибыл до импульса FEL. T0 был извлечен из участка шипа ионные выходы в качестве функции задержки времени.

Данные, записанные монитором времени прибытия Банч, использовались для коррекции испуга во время относительного прибытия импульсов FEL в отношении оптических лазерных импульсов. Это дало заметное улучшение качества данных, особенно в временном разрешении. После освоения, создание временного и пространственного перекрытия между оптическими лазерными импульсами и FEL может быть сделано примерно за два-три часа, в то время как измерение насосного зонда, которое следует обычно занимает несколько дней.

Хотя эта процедура была разработана для атомов и молекул в газовой фазе, она также может быть применена к другим образцам, таким как наночастицы или жидкости и твердые вещества. Не забывайте, что работа с высокоскоростных фемтосекундных лазеров может быть чрезвычайно опасной. Определенная подготовка по вопросам безопасности является обязательной.

А при работе с высокоскоростных лазерами всегда носите защитные лазерные защитные очки.