Rentgenový laser
X -ray laseru , nebo X-UV laser ( měkké rentgenové laseru v angličtině, Rentgen laser v němčině) je zařízení, které převádí princip a vlastnosti laseru na elektromagnetických vln o krátké vlnové délky: od extrémní ultrafialové X -ray . Existují dva typy rentgenových laserů: rentgenové lasery s volnými elektrony ( XFEL nebo rentgenový laser bez elektronů ) a plazmové rentgenové lasery ( měkký rentgenový laser na bázi plazmy ).
Obecné zásady
Při pokusu dosáhnout laseru k rentgenovému záření vznikají dvě hlavní obtíže :
- Je nutné mít ziskové médium schopné zesílit záření složené z velmi energetických X fotonů (několik desítek nebo dokonce stovek elektronvoltů ).
- Je nutné obejít se bez rezonanční optické dutiny . Životnost ziskového média je ve skutečnosti příliš krátká na to, aby umožnila rentgenovému laserovému záření provádět velké množství zpáteček. Dále je obtížné používat optiku pracující v tomto rozsahu vlnových délek (optika dopadajícího na pastvu, vícevrstvá zrcadla).
K vyřešení první obtížnosti používáme zisková média s velmi vysokou hustotou energie:
- Relativistický elektronový paprsek produkovaný urychlovačem částic. Tento paprsek je vstřikován do měniče, struktury, kde převládá prostorově periodické magnetické pole. Elektrony „vlní“ v tomto zařízení a vyzařují rentgenové záření podobné synchrotronovému záření.
- Silně ionizovaný horký plyn nebo plazma . Toto médium obsahuje velké hustoty vícečetných iontů mezi úrovněmi, kde se provádí inverze populace. Lze jej získat intenzivními elektrickými výboji (intenzita> 10 kA ) v plynu. Nejčastěji se však plazma, která bude hrát roli ziskového média, generuje zaostřením intenzivního laseru na pevný nebo plynný cíl.
Nepřítomnost dutiny se obchází tím, že se tyto lasery nechají pracovat v režimu zesílení spontánní emise (ASE Amplified spontanne Emission ) nebo v režimu vstřikování .
-
Zesílení spontánní emise . Spontánní, náhodné emise emitované na začátku ziskového média jsou zesíleny v jednom průchodu druhým. Pro získání intenzivních rentgenových paprsků se používají média s velmi dlouhým ziskem (XFEL) nebo s velmi vysokým ziskem (plazmové lasery). Radiace emitovaná v tomto režimu ASE je však prostorově nekonzistentní. Velká délka ziskového média však umožňuje prostorově filtrovat záření za účelem získání koherentních a mírně odlišných paprsků jako u běžného laseru.
-
Provoz v injektovaném režimu . Prostorově koherentní X záření, ale nízké intenzity, je vstřikováno na vstup ziskového média, aby bylo zesíleno. Toto „semeno“ koherentního záření však musí mít intenzitu větší než je spontánní emise. Tento počáteční „dokonalý“ rentgen může být například harmonickou vysokého řádu intenzivního „klasického“ laseru.
Volné elektronové X lasery
Právě vstoupily do provozu velké projekty s volným elektronovým laserem (FLASH v DESY , Hamburku nebo LCLS v SLAC , Menlo Park ) nebo jsou ve vývoji (Arc-en-Ciel ve Francii nebo XFEL v DESY ).
Díky krátké době trvání pulzu (femtosekundy) a jejich krátké vlnové délce umožňují lasery volných elektronů X „filmovat“ chování jednotlivých molekul během fyzikálně chemických nebo biologických reakcí.
Princip fungování volných elektronových laserů, který je schematicky znázorněn na obrázku 1, lze rozdělit do čtyř kroků:
- Ultra-relativistické zrychlení svazku elektronů
- Synchrotronové záření vyzařované střídačem
- Zesílení spontánní emise podél střídače
- Sytost zesílení na výstupu střídače
Plazmové X lasery
Některé úspěchy
Všechny operační plazmové X lasery jsou založeny na schématu kolizního čerpání
- Kvázistační X-laser
- Přechodný rentgenový laser
- OFI X laser
Instalace a aplikace
Ve světě aktuálně funguje několik X plazmových laserových instalací: PALS v Praze, COMET laser v LLNL ve Spojených státech, APR laser v Japonsku. Ve vývoji je také rentgenový laserový projekt (LASERIX), který vyvinula University of Paris-Sud XI v Laboratoři aplikované optiky (LOA).
Tento typ laseru se v současné době používá ke zkoumání plazmat produkovaných laserem nebo ke studiu drobných deformací povrchů vystavených intenzivním elektrickým polím. viz odkaz níže:
„ http://www.mrct.cnrs.fr/PF/Bonascre/bona2007/FDorchies2007.pdf “ ( Archiv • Wikiwix • Archive.is • Google • Co dělat? ) (přístup 30. března 2013 )
Reference
-
(en) Chapman H; Ullrich J; Rost JM, „ Intenzivní rentgenová věda: prvních 5 let FLASH “ , J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. , sv. 43, n o 19,října 2010, str. 190201 ( DOI 10.1088 / 0953-4075 / 43/19/190201 , číst online )
-
(in) Emma P et al , „ First and lasing operation of year-Angstrom wavelength free-elektr laser “ , Nature Photonics , Vol. 4,srpna 2010, str. 641-647 ( DOI 10.1038 / nphoton.2010.176 , číst online )
Podívejte se také