Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 2020 годы»

Лазеры на свободных электронах Лазеры на свободных электронах с 1977 года являются не полигоном для исследования электрон-фотонного взаимодействия, но и устройством для широких научных и прикладных исследований, перекрывая область спектра от рентгена до миллиметровых волн. Работу ЛСЭ в терагерцовом диапазоне обеспечивают уже несколько установок в мире. Некоторые из них обеспечивают возможность проведения экспериментов «накачка-зондирование». Работа на длинах волн от ближнего - ИК до видимого диапазона требует энергии пучков порядка 10 МэВ. Для таких приложений, наиболее часто используют ускоритель обычный радиочастотный линейный ускоритель. Примерами такой технологии являются система в университете Вандербильта, большой набор виглеров установке FELIi в университете Осаки, установка ФЕЛИКС, ранее в FOM в Нидерландах, который теперь объединен с ТГц ЛСЭ в Неймегене, а также многие другие во всем мире. Обычные импульсные линаки, как правило, генерируют микроимпульсы порядка 10 мкс с частотой повторения импульсов (ЧПИ) до 60 Гц, но такие устройства имеют ограниченный коэффициент заполнения периода импульса (duty factor) из-за омического нагрева резонаторов. В ускорителе, созданном Boeing Aerospace, частота поднята до 433 МГц, и в непрерывном режиме продемонстрирован 25% коэффициент заполнения. Получен ток 130 мА с высоким качеством пучка и зарядом 1 нанокулон на банч [8]. Это было достигнуто путем очень высокой мощности охлаждения и снижения градиентов в резонаторах. В Новосибирске непрерывная генерация была достигнута путем снижения рабочей частоты, из-за чего пришлось использовать резонаторы очень больших размеров. Весьма успешные с точки зрения пользователей установки были построены в Университете Осаки (FIR 1 и FIR2), FOM (ФЕЛИКС), Токийском научном университете (FEL-ТУС), в университете Вандербильта. В настоящее время наиболее интересными для пользователей, которым нужен спектральный диапазон от среднего ИК до терагерцев, являются, по-видимому, лазеры FELI, Japan (20 – 60 мкм и 50 – 100 мкм), FELIX, Nijmegen, Netherlands (16 – 250 и 4 – 30 мкм), ELBE, Germany (3 – 320 мкм и 100 – 3000 мкм), NovoFEL, Россия (90 – 240 и 40 – 80 мкм). Системы «накачка-зондирование» с использованием ЛСЭ Комбинация источников фотонов c различными и дополняющими друг друга характеристиками позволяет реализовать очень эффективные системы «накачка-зондирование» для исследований в областях физики твердого тела, поверхностей, электрохимии, катализа, атомной и молекулярной спектроскопии, особенно, если частоты источников могут перестраиваться по частоте и лежать в разных спектральных интервалах. Например, комбинация ИК лазера на свободных электронах CLIOв Орсэ и синхронизованного с ним с YAG лазера показала высокую эффективность при исследования колебательных свойств интерфейсных молекул и во многих других экспериментах. Оригинальным подходом, например, была двухфотонная спектроскопия, основанная на комбинированном использовании излучения лазера на свободных электронах, расположенном в накопительном кольце, и синхротронного излучения из того же кольца, которые синхронизованы естественным образом, для изучения поверхностных состояний и динамики пространственного заряда на поверхностях и интерфейсах полупроводников. Рис. 36 - Эксперимент «накачка-зондирование» межподзонной стимулированной эмиссии, используя двухцветный двухцветный ЛСЭ CLIO. (а) Схема экспериментальной установки. MCT - HgCdTe. (б) Вычисленный профиль полосы проводимости асимметрично связанных квантовых ям. Стрелки указывают процессы поглощения и излучения. (с) Межподзонное вынужденное усиление при 12,5 мм и 77 К, для волновода длиной0,7 и 2 мм в зависимости от времени задержки между возбуждающим и пробным пучками при 9,2 и 12,5 мкм, соответственно. (d) Спектр межподзонного вынужденного усиления как функция длины волны зондирующего излучения. Два ондулятора CLIO позволяют получать пикосекундные лазерные импульсы одновременно на двух различных длинах волн в диапазоне длин волн от 5 до 18 мкм, и с разделением длин волн до 5 мкм. Эта двухцветная конфигурация была использована для исследований вынужденного излучения в трехуровневой структуре квантовых ям GaAs – GaAlAs при 77 К. Схема и описание эксперимента приведены на рис. 36. Еще одна система двухцветная система «накачка-зондирование», предназначенная для FLASH, показана на рис. 37. Эксперименты с использованием систем «накачка-зондирование» на лазерах на свободных электронах описаны в публикациях [17, 20, 21, 23, 24]. С реди экспериментальных методов исследования кинетики релаксации важное место занимает измерение методом «накачка-зондирование» («pump-probe method»). Ярким примером установки для исследования кинетики релаксации методом «накачка-зондирование» («pump-probe method») является установка на лазере на свободных электронах (ЛСЭ) FELIX в Нидерландах (free electron laser at the FOM Institute in Nieuwegein), которая детально описана в работе [25]. Особенностью ЛСЭ FELIX является временная структура импульсов излучения. Микроимпульсы длительностью от 2 до 10 пс, следующие через 40 нс собраны в макроимпульсы длительностью порядка 5 микросекунд с частотой повторения 5 Гц. Колебания макроимпульса FELIX сильно зависят от различных условий и могут составлять до 10%. Для того чтобы получить хорошее отношение сигнал-шум используется балансная схема. Экспериментальная установка имеет 3 «плеча». Из исходного импульса отщепляются импульсы накачки и зондирования, а также опорный луч (reference). Опорный пучок задерживается на 20 и возвращается в направлении образца. Зондирующий и опорный пучки следуют по тому же оптическому пути, проходят через образец и детектируются детектором MCT. Они должны давать один и тот же сигнал на детекторе. Смещение детектора модулируются с частотой 25 МГц, синхронизировано с ЛСЭ. Это приводит к тому, что сигналы принимаются при противоположных полярностях на детекторах. Когда система находится в равновесии, то есть при отсутствующем пучке накачки, интегрирующая электроника должна показать сигнал детектор, равен нулю. В эксперименте пучок накачки модулируется с частотой 2,5 Гц. В результате отношение сигнал-шум лучше, чем 0,1%, даже тогда, когда колебания от макроимпульса достигают н ескольких процентов. Схема установки представлена на рисунке ниже.

Похожие:

	Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования		Отчет о нир (заключительный) Рекомендации по оформлению отчетной документации по государственным контрактам на выполнение нир в рамках федеральной целевой программы...
	Отчет о научно-исследовательской работе «Проведение исследований... Офизическом комплексе мгу-игу для исследования космических лучей сверхвысоких энергий (установки Тунка и шал-мгу) (Астрофизический...		Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... В рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы
	Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... В рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы		Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... В рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы
	Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... В рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы		Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... В рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы
	Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... В рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы		Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... В рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы
	Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... В рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы		Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... В рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы
	Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... В рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы		Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... В рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы
	Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования		Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования