Формирование интенсивных аттосекундных импульсов в последовательности резонансного поглотителя и активной среды плазменного рентгеновского лазера, модулированных оптическим полем

Исследована возможность преобразования квазимонохроматического рентгеновского излучения затравки в последовательность аттосекундных импульсов в системе, состоящей из резонансного поглотителя (плазмы водородоподобных ионов) и активной среды плазменного рентгеновского лазера (плазмы идентичных ионов в возбуждённом состоянии), модулированных одним и тем же оптическим полем. При этом формирование импульсов происходит в модулированном поглотителе, тогда как активная среда используется для их последующего усиления. Показано, что данный подход позволяет существенно увеличить энергию импульсов и улучшить их форму по сравнению с формированием импульсов непосредственно в модулированной активной среде рентгеновского лазера. Получено аналитическое решение, показывающее, что формирование импульсов в модулированном поглотителе обусловлено существованием многочастотной структуры резонансного излучения, которая распространяется в среде без поглощения. Аналитически и численно показано, что спектрально-временные характеристики импульсов являются устойчивыми к изменению оптической толщины каждой из сред (поглощающей и усиливающей) в широких пределах. Предсказана возможность формирования импульсов рентгеновского излучения с длиной волны порядка 3,4 нм, с длительностью менее 200 ас и пиковой интенсивностью, превышающей 10¹³ Вт/см², в плазме водородоподобных ионов С⁵⁺.

На английском языке

Formation of intensive attosecond pulses in the sequence of a resonant absorber and active medium of a plasma-based X-ray laser modulated by an optical field

Khairulin I.R., Antonov V.A. and Kocharovskaya O.A.

We study the possibility of transforming a quasi-monochromatic seeding X-ray radiation into an attosecond pulse train in a sequence of a resonant absorber (a plasma of hydrogen-like ions) and an active medium of a plasma-based X-ray laser (a plasma of identical ions in the excited state), which are modulated by the same optical field. In this case, the formation of pulses occurs in a modulated absorber, while the active medium is used for their subsequent amplification. It is shown that this approach significantly increases the energy of the pulses and improves their shape in comparison with the pulse formation directly in the modulated active medium of an X-ray laser. The obtained analytical solution shows that the pulse formation in the modulated absorber is due to the existence of a multifrequency structure of the resonant radiation, which propagates in the medium without absorption. It is shown, both analytically and numerically, that the spectral-temporal characteristics of the pulses are insensitive to changes in the optical depth of each medium (absorbing and amplifying) over a wide range. The possibility of forming X-ray pulses with a wavelength of the order of 3.4 nm, having a duration of less than 200 as and a peak intensity exceeding 10¹³W/cm², in the plasma of hydrogen-like C⁵⁺ ions is shown.

DOI: https://doi.org/10.52452/00213462_2021_64_04_300

Пример ссылки для цитирования:

Хайрулин И.Р., Антонов В.А., Кочаровская О.А. Формирование интенсивных аттосекундных импульсов в последовательности резонансного поглотителя и активной среды плазменного рентгеновского лазера, модулированных оптическим полем // Изв. вузов. Радиофизика. 2021. Т. 64, № 4. C. 300–319.