光学学报, 2020, 40 (6): 0632001, 网络出版: 2020-03-06   

基于太赫兹调制的超快X射线脉冲长度复原方法 下载: 1331次封面文章

Algorithm to Reconstruct Ultra-Fast X-Ray Pulse Based on Terahertz Modulation
李成名 1,3,4李宾 1,2,3,4,*
作者单位
1 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201800
2 中国科学院上海高等研究院上海光源科学中心自由电子激光部, 上海 201204
3 上海科技大学物质科学与技术学院, 上海 201210
4 中国科学院大学, 北京 100049
图 & 表

图 1. 太赫兹场调制FEL脉冲激发光电子物理过程原理示意图

Fig. 1. Schematic diagram for the principle of terahertz field modulated FEL induced photoelectron time and energy distribution

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图 2. 延时分别为-60 fs,0 fs,60 fs时的模拟结果。(a)~(c)光电子终态能量与初态能量及时间延时的关系图;(d)~(f)光电子终态能谱分布图

Fig. 2. Simulation results with delays of -60 fs, 0 fs, and 60 fs. (a)-(c) Correlation in-between the terahertz streaked photoelectron final energy and initial energy at different time delays; (d)-(f) photoelectron final energy spectrum distribution

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图 3. 不同长度的FEL脉冲在太赫兹矢势零点的光电子能谱分布图。(a)~(c)脉冲宽度分别为35 fs, 20 fs, 10 fs

Fig. 3. Photoelectron spectrum of FEL pulses with different lengths at the zero point of the terahertz vector potential. (a)-(c) Pulse length is 35 fs, 20 fs, and 10 fs respectively

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图 4. 任意两FEL辐射脉冲在太赫兹矢势线性调制作用区间,各自中心能量在太赫兹矢势零点不同延时的变化示意图,两FEL脉宽分别为50 fs和35 fs。(a)双脉冲受太赫兹矢势调制作用示意图,其相对于矢势零点延时分别为-40 fs,70 fs;(b)图(a)的光电子能谱中心能量随延时变化示意图;(c)(d)双脉冲相对于矢势零点延迟分别为60 fs、30 fs时,太赫兹矢势调制作用示意图及电子能谱中心能量随延时变化示意图;(e)(f)双脉冲相对于矢势零点延迟分别为-90 fs、-30 fs的情况

Fig. 4. Schematic diagram for two arbitary FEL pulses with various mutual delays modulated by terahertz field near to the zero-crossing of its vector potential, where the pulse lengths are 50 fs and 35 fs. (a) Schematic diagram of double-pulse modulation by terahertz vector potential, when the double pulses are relative to the zero of terahertz vector potentials are -40 fs and 70 fs; (b) variation of center enegy of photoelectron spectrum with delays of double-pulse in Fig. (a); (c)(d) schematic diagram

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图 5. 不同FEL脉冲偏离太赫兹矢势零点-100~100 fs延时范围内,复原结果与原脉宽之间的相对误差

Fig. 5. Relative errors between retrieval result and original FEL pulse in different lengths, deviated from the zero of terahertz vector potential from -100 fs to 100 fs

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图 6. 不同FEL脉冲在同一太赫兹调制场中,处于矢势零点不同延迟时,光电能谱中心能量的误差。(a) 20 fs;(b) 10 fs

Fig. 6. Offset errors for center energy of photonelectron spectrum at different delays under an identical terahertz streaking field for FEL pulses with different pulse lengths. (a) 20 fs; (b) 10 fs

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表 1不同FEL脉冲宽度的脉冲在不同延迟下的复原结果和调制能谱宽度展宽量

Table1. Retrieval results and modulation spectrum width spread of pulses with different FEL pulse widths at different delays

Actual pulse duration /fsRetrieved pulse duration at different delays /fsSpectral boradening at different delays /eV
-60060-60060
5044.58(-10.84%)49.35(-1.3%)52.80(+5.60%)6.447.418.11
3530.95(-11.57%)34.56(-1.25%)37.21(+6.31%)3.794.485.00
2017.01(-14.95%)19.77(-1.15%)21.83(+9.60%)1.431.852.20
106.87(-30.5%)9.92(-0.80%)12.13(+21.3%)0.270.540.78

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表 25 fs的FEL脉冲在不同延时下的脉冲复原误差

Table2. Retrieval errors of 5 fs FEL pulse under different delays

Delay /fs-40-30-20-10020406080
Error /%--63.6-32.6-18+1.6+23.2+41.4+61.8+74.6

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李成名, 李宾. 基于太赫兹调制的超快X射线脉冲长度复原方法[J]. 光学学报, 2020, 40(6): 0632001. Chengming Li, Bin Li. Algorithm to Reconstruct Ultra-Fast X-Ray Pulse Based on Terahertz Modulation[J]. Acta Optica Sinica, 2020, 40(6): 0632001.

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