Bir deneysel protokol için Femtosecond NIR/UV-serbest elektron lazerler ile XUV pompa-sonda deneyler

Bu yöntem, fizik ve kimyadaki hangi bağların ilk kırıldığı veya atom ların ve elektronların kimyasal reaksiyon sırasında nasıl yeniden düzenlediği gibi anahtar soruların yanıtlatıldığına yardımcı olabilir. Bu tekniğin en büyük avantajı, Serbest Elektron Lazer veya FEL'den gelen aşırı ultraviyole Radyasyonun, sadece molekül içindeki belirli atomları iyonize ettiği için bölgeye özgü bir sonda görevi görebiliyor olmasıdır. FEL ve optik lazer ışınları arasında mekansal ve zamansal örtüşme elde etmek için öğrenme görsel gösteri yararları çünkü çok özel tanı kullanılır ve etkileri ince olabilir.

Bu prosedürü gösteren Demitrios Rompotis, DESY DE FLASH Serbest Elektron Lazer fizikçi olacaktır. İlk olarak, iyon dedektörü, elektron dedektörü ve iyon spektrometre elektrotlar için yüksek gerilim gücü kapalı olduğunu doğrulayın. Fel ve optik lazer panjurları cihaz yazılımını kullanarak kapatın.

FEL darbe enerjisi ve optik lazer gücü % 1'den daha az iletim azaltılır, böylece ışın hattına monte edilen filtreleri ve zayıflatıcıları yapılandırın. Ardından Etkileşim bölgesine Cerium YAG ışını görüntüleme ekranını takın. FEL deklanşöre açın ve ekranı ccd kamera ile inceleyin.

Işık noktası ekranda tespit edilemezse, ışın yoğunluğunu biraz artırın. Işın noktası bulunduğunda, FEL ışını konumunu kamera veri toplama yazılımının ilgi alanı olarak işaretleyin. Sonra optik lazer deklanşör açın ve FEL deklanşör kapatın.

Optik lazer ışınıişaretli FEL ışını konumuyla hizalamak için direksiyon aynalarını ayarlayın. Uzamsal çakışmayı hassaslaştırmak ve çakıştınkararlı olduğunu doğrulamak için bu ışın engelleme işlemini tekrarlayın. Kirişler hizalandıktan sonra, ışın görüntüleme ekranını çıkarın.

Dedektörleri ve spektrometre elektrot gücünü açın. Hızlı bir osiloskopa bağlı hızlı bir fotodiyotun, küçük miktarda dağınık fotonları diyota yönlendirmek için hareketli bir kafesle birlikte FEL ışınına dik olarak yerleştirilmesini sağlayın. FEL darbe enerjisini ve optik lazer gücünü %1'e düşürün.

Sonra FEL ve optik lazer panjurkapatın. Saçılma örgüsyonu kirişe takın. Kafes konumunu, FEL darbe enerjisini ve optik lazer gücünü ayarlayarak her bir ışın net bir sinyal üretir ve her iki sinyal de aynı yüksekliğe sahiptir.

Sonra optik lazer deklanşör kapatın. Hızlı osiloskopu mevcut en iyi zaman tabanını kullanacak ve bir izleme için yaklaşık 100 ortalama toplamak için yapılandırın. Fel ışınının referans izini tek başına kaydedin ve kaydedin.

Daha sonra FEL deklanşöre kapatın ve optik lazer deklanşörü açın. Optik lazerden gelen izleri FEL referans izi ile karşılaştırın. Daha sonra optik lazer darbevarış süresini, optik lazer sinyalinin başlangıcının FEL sinyalinin başlangıcıyla tam olarak eşleşebilmeleri için kaydırın.

FEL ve optik lazer darbelerinin tam olarak hizalanmış olduğunu doğrulamak için ışın engelleme ve sinyal başlangıçlı karşılaştırmayı tekrarlayın. FEL ve optik lazer darbelerinin T0'ın ilk tahmini olarak çakıştüğü zamana dikkat edin. T0 ince ayar başlamak için, xenon gazı sisteme girildiğinde iyon ve elektron dedektörleri zarar önlemek için yeterli derecede FEL ve optik lazer zayıflatmak. Spektrometrenin uçuş modunda olduğundan emin olun.

Daha sonra gaz jeti ile veya bir iğne vanası ile tahliye odasına xenon gazı izin vererek odaya xenon gazı tanıtmak. İkinci yöntem kullanılırsa, bir kere 10 ile negatif yedi arasında bir kat 10 ile negatif altı milibar arasında bir oda basıncı elde edin. Uçuş spektrumunun bir xenon iyon süresini kaydedin.

Daha sonra FEL deklanşörünü kapatın ve FEL darbe enerjisini ayarlayın, böylece xenon iki artı ve xenon üç artı uçuş spektrumu ve daha yüksek ksenon yüklü durumları mümkün olduğunca bastırılır zaman içinde en güçlü xenon yüklü devletler arasında yer alıyor. Daha sonra FEL deklanşöre kapatın ve optik lazer deklanşörü açın. Optik lazer gücünü, lazer darbeleri öncelikle xenon plus üretmek için ayarlayın.

Ayarlama bittiğinde FEL deklanşöre açın. Daha önce belirlenen kaba T0 değerine göre, FEL ve optik lazer darbe zamanlamasını, FEL darbeleri öncesinde yaklaşık 200 pikosaniye sonra optik lazer darbelerinin ulaşmasını ayarlayın. Uçuş spektrumunun bir ksenin iyon süresi edinin ve en yüksek bölgelerden ksenin iki artı ksenin e oranını belirleyin.

Daha sonra lazerleri optik lazer darbeleri FEL darbeleri sonra yaklaşık 200 pikosaniye gelmesi gibi yapılandırın. Uçuş spektrumu başka bir zaman edinin ve xenon iki artı xenon üç artı oranını belirlemek. Ksenin üç artı sinyalinin bu spektrumda önceki spektrumdan çok daha güçlü olduğunu doğrulayın.

Bazen lazer erken ve lazer geç ksenon sinyali arasındaki fark yetersiz mekansal örtüşme nedeniyle çok küçüktür. Böyle bir durumda, bir iki sinyal büyük bir fark elde etmek için mekansal örtüşme prosedürü tekrarlamak gerekir. Lazer zamanlamasını önceki iki değerin yarısına ayarlayın ve uçuş spektrumunun başka bir zamanını elde edin.

Optik lazer darbelerinFEL darbelerinden önce mi yoksa sonra mı geldiğini belirlemek için xenon two artı ile xenon üç artı oranını karşılaştırın. Optik lazer darbeleri FEL darbelerinden önce geliyorsa, fel darbelerinden sonra optik lazer darbelerinin 200 pikosaniye sonra geldiği geçerli değer ile optik lazer darbelerinin geldiği değer arasında zamanlamayı yarıya ayarlayın. Uçuş spektrumu başka bir zaman edinin ve xenon iki artı xenon üç artı oranını incelemek.

T0 500 femtosaniyeden daha iyi bir hassasiyetle yaklaşık olana kadar lazer darbe zamanlamasını ayarlamaya devam edin. Ardından, 50 femtosaniyeden fazla olmayan adımlarla T0'nin yaklaşık konumu etrafında artı veya eksi bir pikosaniyelik bir bölge üzerinde bir gecikme taramayı ayarlayın. Uçuş spektrumu bir süre edinin ve her adım için xenon iki artı xenon üç artı oranını belirleyin.

Gecikme sürelerine göre bu oranları çizin, bir adım işlevi türetin ve T0'ın tam zamansal konumunu elde etmek için adım fonksiyonunun merkezini hesaplayın. Uçuş spektroskopisinin kseniniyon zamanı, en az 67,5 elektron volt foton enerjisine sahip bir FEL darbesinden önce veya sonra 800 nanometre yakın IR darbesinin xenon gazı hedefine gelip gelmediğini belirlemek için kullanılabilir. Heyecanlı metastabil ksenin iki artıiyonizasyon sonrası fel darbe sinenon üç artı verim artan FEL darbe sonra geldi oluştu. Gecikme süresinin bir fonksiyonu olarak xenon iki artı nın xenon üçüne oranını çizmek, T0'ın belirlenebileceği bir adım işlevi sağladı.

En az 57 elektron volt foton enerjisi ile T0 belirlemek için iyot iyon momentum görüntüleri de kullanılmıştır. Düşük enerji katkısı sadece UV darbesi FEL darbesinden önce geldiğinde ani bir artış olarak görülüyordu. T0 gecikme süresinin bir fonksiyonu olarak başak iyon verimbir arsa çıkarıldı.

Bunch Arrival Time Monitor tarafından kaydedilen shot-by-shot verileri optik lazer darbeleri ile ilgili FEL darbeleri göreceli varış süresi içinde gerginlik için düzeltmek için kullanılmıştır. Bu, özellikle zamansal çözünürlükte veri kalitesinde gözle görülür bir iyileşme yedirilmesine neden oldu. Bir kez hakim, optik lazer darbeleri ve FEL arasındaki zamansal ve mekansal örtüşme kurulması yaklaşık iki ila üç saat içinde yapılabilir, aşağıdaki pompa sondası ölçümü genellikle birkaç gün sürer.

Bu prosedür gaz fazındaki atomlar ve moleküller için geliştirilmiş olsa da, nano tanecikler veya sıvılar ve katılar gibi diğer numunelere de uygulanabilir. Yüksek güçlü femtosecond lazerler ile çalışan son derece tehlikeli olabileceğini unutmayın. Özel güvenlik eğitimi zorunludur.

Ve yüksek güçlü lazerler ile çalışırken, her zaman koruyucu lazer güvenlik gözlük lerinizi takın.