El diseño para la generación de pulsos de rayos X de attosegundos (a) mediante el uso de un láser de rotación de frente de onda (b) generado a través de una configuración de doble rejilla (c). Crédito:Ciencia ultrarrápida
La ciencia ultrarrápida ha hecho grandes avances en los últimos años. Los pulsos de attosegundos con energías de fotones que se encuentran en el rango de rayos X suaves correspondientes a los bordes de absorción fundamentales de la materia permiten el estudio de la dinámica de electrones en muestras biológicas vivas y materiales semiconductores de próxima generación, como el diamante y el grafeno.
La necesidad urgente de pulsos intensos de attosegundos en longitudes de onda de rayos X, especialmente en el rango de la ventana de agua, ha promovido el desarrollo de láseres de electrones libres (FEL) de rayos X de attosegundos. Un método común para producir pulsos ultrarrápidos es la técnica de emisión espontánea autoamplificada mejorada (ESASE), y existen muchas mejoras basadas en ESASE para mejorar aún más la potencia máxima o acortar la duración del pulso.
Todavía es un gran desafío generar pulsos de rayos X estables y aislados con duraciones de varias decenas de attosegundos, ya que SASE comienza con el ruido de disparo del haz de electrones y la duración más corta del pulso finalmente está limitada por la longitud de deslizamiento. Para superar estos problemas, se han propuesto varios métodos basados en la generación de armónicos habilitada por eco (EEHG). Sin embargo, en estos métodos, generalmente se requieren pulsos de láser de pocos ciclos, lo que genera desafíos adicionales para la generación y transmisión del láser.
Los autores del nuevo trabajo publicado en Ultrafast Science proponen un método simple y factible basado en EEHG para generar pulsos de rayos X aislados intensos que cubren el rango de la ventana de agua con una duración de decenas de attosegundos. El esquema del esquema propuesto es similar a la configuración EEHG convencional. La diferencia es que el segundo láser semilla se reemplaza por un láser de rotación de frente de onda (WFR), es decir, el láser semilla se envía a través de un elemento de dispersión, por ejemplo, rejillas dobles, para inducir el acoplamiento espaciotemporal y controlar el frente de onda del haz.
Espacio de fase del haz de electrones en el medio (a) y en los lados (b) antes del radiador. Crédito:Ciencia ultrarrápida
La función del láser WFR es adaptar el perfil longitudinal del pulso de radiación. Debido a la sensibilidad de FEL sembrado a los láseres externos, este método puede inhibir eficazmente el agrupamiento en ambos lados mientras conserva un agrupamiento aislado en el medio.
Los pulsos de attosegundos aislados generados son una sincronización natural con los láseres externos, lo que los hace capaces de impulsar experimentos de sonda de bomba de alta resolución y proporcionar una nueva vía para las ciencias de los attosegundos. En comparación con los métodos anteriores con láseres de pocos ciclos, el método propuesto solo requiere un láser convencional de 100 fs, lo que relaja en gran medida los requisitos para el láser semilla y lo hace confiable según las instalaciones FEL existentes actualmente.
Este tipo de fuentes de luz de rayos X coherentes puede permitir estudiar la dinámica electrónica de los electrones de valencia con una escala de tiempo de unos 100 attosegundos y puede abrir una nueva frontera de la ciencia ultrarrápida. Nuevo enfoque para generar pulsos de rayos X blandos ultracortos y coherentes
