X-ışını lazer
Bir X -ışını, lazer ya da X-UV lazer ( yumuşak X-ışını, lazer İngilizce, Röntgen lazer Almanca) ilkesi ve özelliklerini aktaran bir cihazdır lazer için elektromanyetik dalgaların kısa dalga boyu: gelen aşırı ultraviyole X -ışını . İki tür X-ışını lazeri vardır: serbest elektron X lazerleri ( XFEL veya x-ışını içermeyen elektron lazeri ) ve plazma X lazerleri ( Plazma tabanlı yumuşak x-ışını lazeri ).
Genel İlkeler
Bir başarmak için çalışırken iki büyük zorluklar ortaya lazer için röntgen :
- Çok enerjik X fotonlarından (birkaç on, hatta yüzlerce elektron-volt ) oluşan radyasyonu yükseltebilen bir kazanç ortamına sahip olmak gereklidir .
- Rezonans optik boşluk olmadan yapmak gereklidir . Kazanç ortamının ömrü, X-ışını lazer radyasyonunun çok sayıda gidiş-dönüş gerçekleştirmesine izin vermek için aslında çok kısadır. Ayrıca, bu dalga boyu aralığında çalışan optiklerin (otlatma olay optikleri, çok katmanlı aynalar) kullanılması zordur.
İlk zorluğu çözmek için, çok yüksek enerji yoğunluklarına sahip kazanç ortamı kullanıyoruz:
- Bir parçacık hızlandırıcı tarafından üretilen göreceli bir elektron ışını. Bu ışın, uzamsal olarak periyodik bir manyetik alanın hüküm sürdüğü bir yapı olan bir invertöre enjekte edilir. Bu cihazdaki elektronlar, senkrotron radyasyonuna benzer X-radyasyonu yayar.
- Kuvvetli bir şekilde iyonize edilmiş sıcak gaz veya plazma . Bu ortam, bir popülasyon inversiyonunun gerçekleştirildiği seviyeler arasında çok yüklü iyonların büyük yoğunluklarını içerir. Bir gazda yoğun elektrik deşarjı (Yoğunluk> 10 kA ) ile elde edilebilir . Bununla birlikte, çoğu zaman, kazanç ortamı rolünü oynayacak olan plazma, yoğun bir lazerin katı veya gazlı bir hedefe odaklanmasıyla üretilir.
Boşluğun olmaması, bu lazerlerin spontan emisyon amplifikasyon rejiminde (ASE Amplified spontaneous Emission ) veya enjekte edilen rejimde çalıştırılmasıyla engellenir .
-
Kendiliğinden emisyonun yükseltilmesi . Kazanç ortamının başlangıcında yayılan kendiliğinden, rastgele emisyonlar, ikincisinden tek bir geçişte yükseltilir. Yoğun X-ışınları elde etmek için, çok uzun kazançlı (XFEL) veya çok yüksek kazançlı (plazma lazerleri) ortamlar kullanılır. Ancak bu ASE rejiminde yayılan radyasyon mekansal olarak tutarsızdır. Bununla birlikte, kazanım ortamının büyük uzunluğu, geleneksel bir lazerde olduğu gibi tutarlı ve biraz farklı huzmeler elde etmek için radyasyonu uzaysal olarak filtrelemeyi mümkün kılar.
-
Enjekte modunda çalışma . Uzamsal olarak uyumlu ancak düşük yoğunluklu bir X radyasyonu, amplifiye edilmek için kazanç ortamının girişine enjekte edilir. Bununla birlikte, tutarlı radyasyonun bu "tohumu", kendiliğinden emisyondan daha büyük bir yoğunluğa sahip olmalıdır. Bu ilk "mükemmel" X-ışını radyasyonu, örneğin yoğun bir "klasik" lazerin yüksek dereceli bir armoniği olabilir.
Serbest elektron X lazerleri
Büyük serbest elektron lazer projeleri sadece (en FLAŞ hizmetini girmiş DESY , Hamburg veya en LCLlerden SLAC , Menlo Park ) veya (Arc-en-Ciel geliştiriliyor Fransa'da veya XFEL DESY ).
Kısa atım süreleri (femtosaniye) ve kısa dalga boyları sayesinde, serbest elektron X lazerleri, tek moleküllerin fizikokimyasal veya biyolojik reaksiyonlar sırasındaki davranışını "filme" almayı mümkün kılar.
Şekil 1'de şematik olarak gösterilen serbest elektron lazerlerinin çalışma prensibi dört adıma ayrılabilir:
- Bir demet elektronun ultra göreceli ivmesi
- Eviricide yayılan senkrotron radyasyonu
- İnverter boyunca kendiliğinden emisyonun yükseltilmesi
- İnvertör çıkışındaki amplifikasyon doygunluğu
Plazma X lazerleri
Bazı başarılar
Tüm operasyonel plazma X lazerleri, çarpışmalı pompalama şemasına dayanmaktadır.
- Quasistationary X-lazer
- Geçici X-lazer
- OFI X lazer
Kurulumlar ve uygulamalar
Şu anda dünyada birkaç X plazma lazer tesisi faaliyet gösteriyor: Prag'daki PALS, Birleşik Devletler'deki LLNL'deki COMET lazeri, Japonya'daki APR lazeri. Ayrıca Paris-Sud XI Üniversitesi tarafından geliştirilen Uygulamalı Optik Laboratuvarı'nda (LOA) geliştirilmekte olan bir X-ışını lazer projesi (LASERIX) bulunmaktadır.
Bu tür lazer şu anda lazer tarafından üretilen plazmaları araştırmak veya yoğun elektrik alanlarına maruz kalan yüzeylerin küçük deformasyonlarını incelemek için kullanılmaktadır. aşağıdaki bağlantıya bakın:
“ http://www.mrct.cnrs.fr/PF/Bonascre/bona2007/FDorchies2007.pdf ” ( Arşiv • Wikiwix • Archive.is • Google • Ne yapmalı? ) ( 30 Mart 2013'te erişildi )
Referanslar
-
(en) Chapman H; Ullrich J; Rost JM, " Yoğun X-ışını bilimi: FLASH'ın ilk 5 yılı " , J. Phys. B: At Mol. Opt. Phys. , cilt. 43, n o 19,Ekim 2010, s. 190201 ( DOI 10.1088 / 0953-4075 / 43/19/190201 , çevrimiçi okuyun )
-
(in) Emma P ve diğerleri , " Yıl-Angstrom dalga boylu serbest elektron lazerinin ilk ve lazer işlemi " , Nature Photonics , Cilt. 4,Ağustos 2010, s. 641-647 ( DOI 10.1038 / nphoton.2010.176 , çevrimiçi okuyun )
Ayrıca görün