Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

FBMI ČVUT Plazmatické rentgenové lasery II Příklady, vlastnosti, aplikace 12.11.2012 Jaroslav Nejdl

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "FBMI ČVUT Plazmatické rentgenové lasery II Příklady, vlastnosti, aplikace 12.11.2012 Jaroslav Nejdl"— Transkript prezentace:

1 FBMI ČVUT Plazmatické rentgenové lasery II Příklady, vlastnosti, aplikace Jaroslav Nejdl

2 Obsah Realizace používaných schémat –Laserové plazma Kompenzace refrakce Srážkově ionizované lasery (pevný terč) OFI lasery (plynný terč) –Kapilární výboj Hybridní zdroje –Zesilování vysokých harmonických v laserovém plazmatu Generace vysokých harmonických Vlastnosti záření RTGL Aplikace RTGL 2

3 Kompenzace refrakce XUV záření pro efektivní dosažení saturace při použití pevných terčů Zakřivený terč Zesílení dvěma průchody –polokavitou (multivrstvé zrcadlo - po výstřelu zničeno) –použití dvou terčů Daido H. Review of soft x-ray laser researches and developments, Rep. Prog. Phys. 65 (2002) 1513–

4 Čerpáním pod klouzavým úhlem zvýšení efektivity čerpání grazing incinednce pumping (GRIP) 4

5 Ne-podobný Zn laser na PALS Interakce lineárně fokusovaného svazku jodového laseru (1315nm, 300ps) s pevným terčem (dlouhým 3cm) Využití techniky prepulsu (prepuls: 4cm×700µm, 2J; po 10ns hlavní puls: 4cm ×150µm, 600J) –účinnější absorpce hlavního čerpacího pulsu –vyšší homogenita plazmatu (profil el. hustoty v oblasti zisku  nižší refrakce  účinnější zesílení) Využití polokavity – dvouprůchodové zesílení (umožněno “dlouhou” dobou trvání zisku – kvazi-stacionární schéma) Superpozice snímků plazmatu vytvořeného prepulsem a hlavním pulsem 3cm 5

6 Ne-podobný Zn laser na PALS Energie 21.2nm (přechod 3p-3s ) Délka pulsu 150ps divergence svazku 3.5×5.5mrad 6

7 Ne-podobný Zn laser na PALS 7

8 Niklu-podobná schémata J. Rocca, Colo. State U. Často velmi krátká doba zisku – Transientní sch. je třeba prostorové synchronizace čerpání s oblastí zisku –Postupná vlna Schodové zrcadlo Naklonění mřížky kompresoru –Podélné čerpání (plynný terč) –GRIP (viz výše) 8

9 9

10 Rentgenové lasery na principu ionizace optickým polem (OFI) Ionizace plynu do příslušného stavu (např. niklu podobný krypton Kr +8 ) většinou tunelováním a potlačením potenciálové bariery atomu. Srážková excitace - excitace iontů na horní laserovou hladinu srážkami elektronů (kruhová polarizace pulsu). Distribuce energie volných elektronů bezprostředně po interakci intenzivního (10 17 Wcm -2 ) laserového pulsu s Kr plynem. [F. Tissandier, dizertační práce 2011] 10 (lineární p.) (kruhová p.)

11 Rentgenové lasery na principu ionizace optickým polem Používaná schémata: B. E. Lemoff et al., Opt. Lett., 19, 569 (1994) 11

12 Rentgenové lasery na principu ionizace optickým polem Je třeba laserů s vysokým špičkovým výkonem (I ≥ W cm -2 ) (CPA) 12 Obr. Intenzita kruhově polarizované EM vlny potřebná pro ionizaci na iontový stav Z mechanismem potlačením pot. bariéry.

13 Rentgenové lasery na principu ionizace optickým polem Je třeba laserů s vysokým špičkovým výkonem (I ≥ W cm -2 ) Plynné médium  možné podélné čerpání  lokální synchronizace čerpání s oblastí zisku Velikost oblasti zisku je dána fokální geometrií + prostředím –zefektivnění použitím technik vedení svazku (plazmatický kanál, kapilára) M.-C. Chou et al., Phys Rev. Lett. 99, (2007) 13

14 RTGL vytvořený kapilárním výbojem Pinč: Rychlý proudový puls stlačí (Lorentzova síla: J×B) a ohřeje plamza –Předionizační puls (~10A, ~5µs) –Rychlý silný puls ( I ≥ 20kA,  ≤ 200ns) Nejúspěšnější: Ne-podobný Ar (Ar +8 ) na 46.9 nm – srážkově excitační schéma - řada aplikací Kombinace výboje a laserového pulsu Vhodný profil elektronové hustoty (refrakce – gradientní vlnovod) 14

15 Generace vysokých harmonických frekvencí Interakce lineárně polarizovaného intenzivního laserového pulsu s látkou (valenčním elektronem) Tříkrokový model: – ionizace –akcelerace e - –rekombinace P. B. Corkum, Phys. Rev. Lett., 71, 1994 (1993) 15

16 Generace vysokých harmonických frekvencí Kvazi-monochromatické záření + centro-symetrické prostředí → pouze liché harmonické Mikroskopická analýza pravděpodobnost atomární odezvy Makroskopická analýza absorpce, rozfázování, rozfokusování 16 Elektronová hustota  x,t)| 2

17 Generace vysokých harmonických frekvencí Většina optických vlastností harmonického svazku je dána čerpacím pulsem –Slet krátkých XUV pulsů – řádově stejné délky jako čerpací puls (~100 fs) při vhodném sfázování jednotlivých harmonických – shluk attosekundových pulsů, popř. jeden puls –koherence, vlnoplocha – závisí také na prostředí (profil n(n e ) ) –možnost jemného doladění vlnových délek harmonických změnou chirpu pulsu (rozladění kompresoru - technika CPA) –účinnost generace <

18 Zesilování vysokých harmonických v laserovém plazmatu Vytvoření „laserového řetězce“ (MOPA) v oblasti XUV Zdroj koherentního XUV záření s kvalitními optickým vlastnostmi Oscilátor Zesilovač vysoká optická kvalita svazku (vlnoplocha, koherence, divergence, délka pulsu) ENERGIE HHG RTG laser 18

19 Zesilování vysokých harmonických v laserovém plazmatu Ph. Zeitoun et al., Nature 431, 466 (2004) 25. harmonická Ti: S laseru + Ni-podobný krypton, =32.8nm 19. harmonická + Pd-podobný xenon, =41.8nm 19

20 Zesilování vysokých harmonických v laserovém plazmatu Y. Wang, et al., Nature Photonics 2, p. 98 (2008) 25. harmonická Ti: safíru + Ne-podobný titan, =32.6nm 43. harmonická + Ni-podobný molybden, =18.9nm 59. harmonická + Ni-podobné stříbro, =13.9nm 59. harmonická + Ni-podobné kadmium, =13.2nm 20

21 Vlastnosti záření RTGL Monochromatičnost  ~ –Převahuje nehomogenní rozšíření spektrální čáry - Dopplerovské rozšíření (hlavní roli hraje iontová teplota) Koherence –Podélná: souvisí do značné míry se šířkou spektrální čáry –Příčná: u režimu zesílené spontánní emise je poměrně nízká van Cittert-Zernikův teorém: pro  -korelovaný zdroj můžeme definovat velikost koherentní oblasti tak, že stupeň koherence klesne na ½ na vzdálenosti ( L - vzdálenost od zdroje, S – plocha zdroje): Divergence: dána především geometrií aktivního prostředí (oblastí zisku) a refrakcí plazmatu 21

22 Vlastnosti záření RTGL příčná koherence – Youngův dvouštěrbinový experiment 22

23 Některé aplikace rentgenových laserů Zkoumání hustého plazmatu (interferometrie, deflektometrie, back-lighting) kritická hustota pro danou vlnovou délku: Mikroskopie s rozlišením pod 50nm –nejmenší rozlišitelná struktura má periodu –f ohnisková vzdálenost, D průměr optiky (Difraktivní optika na 13.9nm (Ni-podobné Ag) J. Rocca, Colorado State University) Studium povrchu materiálu při totálním odrazu pronikne záření (evanescentní vlna) jen do hloubky ~ 23

24 Literatura Knihy –Jaeglé P. Coherent Sources of X-UV Radiation: Soft X-Ray Lasers and High-Order Harmonic Generation. USA : Springer, s. Springer series in optical sciences; sv ISBN –Attwood D. Soft X-Rays and Extreme Ultraviolet Radiation Lectures available on Souhrnné články –Daido H. Review of soft x-ray laser researches and developments. Rep. Prog. Phys. 65 (2002) 1513–1576. –Rocca J. J. Table-top soft x-ray lasers, Rev. Sci. Instrum. 70, 3799 (1999); –Tallents G. The physics of soft x-ray lasers pumped by electron collisions in laser plasmas, J. Phys. D: Appl. Phys. 36, p.259 (2003) web https://www.llnl.gov/str/Dunn.html 24


Stáhnout ppt "FBMI ČVUT Plazmatické rentgenové lasery II Příklady, vlastnosti, aplikace 12.11.2012 Jaroslav Nejdl"

Podobné prezentace


Reklamy Google