Aktivním prostředím zde vyvíjených laserů v oboru měkkého rentgenového záření (X-ray lasers - XRL) je sloupec laserového plazmatu. K čerpání slouží výkonový infračervený laser, poskytující sekvenci dvou pulsů fokusovaných na povrch kovového masivního terče. Zatímco první puls vaporizuje materiál teče a vytvoří slabě ionizované plazma, druhý puls generaci plazmatu dále akceleruje a ohřeje toto plazma na teplotu poskytující vhodnou ionizační rovnováhu a vedoucí ke generaci inverze populace.
Animované schéma uspořádání rentgenového laseru
Páteří našeho experimentálního programu je neonu-podobný zinkový rentgenový laser. Inverze populace je zde vytvářena mezi hladinami jemné struktury konfigurací 2p53p a 2p53s mechanismem srážkové excitace základního stavu 2p6 volnými elektrony plazmatu. Inverze populace je udržována díky silnému zářivému přechodu ze stavu 3s do základního stavu, zatímco horní laserová hladina 3p je, následkem výběrových pravidel, vůči dipólové radiační deexcitaci metastabilní. Za určitých podmínek je nejsilnější inverze populace generována (díky největší monopólové srážkové excitační rychlosti ze základního stavu) mezi hladinami jemné struktury (2p51/23p1/2)J=0 a (2p51/23s1/2)J=1, což v neonu-podobném zinku odpovídá vlnové délce 21.22 nm.
Laserové schéma zinkového rtg laseru
Čerpací sekvence zinkového laseru sestává z odděleně generovaného a fokusovaného prepulsu (energie několik J) a hlavního pulsu (400 až 600 J), oba o délce cca 400 ps. Nominální délka vytvářeného sloupce plazmatu je 3 cm. Laserová akce je generována v dvouprůchodovém režimu, čehož je dosaženo odrazem generovaného záření na Mo:Si multivrstvém zrcadle umístěném ve vzdálenosti cca 1 cm od konce plazmatického sloupce.
Svazek emitovaný rentgenovým laserem je směrován do jedné z typicky tří alternativních optických tras, prostřednictvím odrazu na multivrstvém zrcadle. Jedna z těchto tras je využívána pro aplikační projekty, v nichž je svazek využit například jako zdroj koherentního záření pro rentgenovou interferometrii povrchů, jako pulsní zdroj pro studium ablace materiálů rentgenovým zářením, ke generaci či prozařování astrofyzikálního plazmatu, nebo pro ozařování biomolekulárních vzorků.
Experimentální uspořádání při generování koherentních svazků měkkého rentgenového záření na 21.2 nm
Rentgenový svazek zinkového laseru, emitovaný polokavitou, poskytuje v jednom pulsu energii až 10 mJ, v závislosti na vzdálenosti prepulsu a hlavního čerpacího pulsu. Tato energie odpovídá, vzhledem k délce rentgenového pulsu ~ 100 ps, špičkovému výkonu až 100 MW. Oba tyto parametry, energie pulsu i špičkový výkon, představují rekordní hodnoty dosažené pro jakýkoli dosavadní rentgenový laser. Divergence polokavitou generovaného svazku zinkového laseru je typicky 3 × 5 miliradiánů (horizontální × vertikální).
Otisk (footprint) rentgenového laseru na vlnové délce 21.2 nm
Copyright © 2008-2014, Fyzikální ústav AV ČR, v. v. i.
