Forefront light source developments for ultrafast molecular imaging and table top x-ray science.

超快分子成像和台式 X 射线科学的前沿光源开发。

基本信息

项目摘要

Since there discovery in 1895, X-rays lead to new insight in structure of matter previously inaccessible with conventional optical methods. Based on the ability to provide high spatial resolution, researchers from a broad diversity of scientific horizons are anticipating X-ray pulses to probe dynamical processes with high temporal resolution. This quest motivates the construction of X-ray Free Electron Laser facilities around the world providing femtosecond high brilliance X-ray pulses. There drawback besides a huge initial financial investment (billions of dollars) is limited availability, restraining the number of performed experiments. Thus, intense research activities to develop alternative table-top femtosecond X-ray sources are undertaken. At the Advanced Laser Light Source, we have access to unique infrastructures, which my HQPs will use to develop forefront light sources for ultrafast molecular imaging and table-top X-ray science with important applications in molecular, biological and material science. My research activities are founded on two pillars; (1) real-time molecular imaging with intense few-cycle 0.8 micron laser pulses, and (2) the development and application of intense few-cycle 1.8 micron pulses for ultrafast soft X-ray science. They share the same long term goal to enable high spatio-temporal resolution imaging. In the context of this application, we will use table-top techniques to image proton migration with femtosecond and sub-Angstrom resolution. Imaging this process is of high significance for physical chemistry as it occurs in a variety of chemical reactions. In addition, we will develop a table-top high flux ultrafast soft X-ray source using the process of high harmonic generation (HHG) for high spatial resolution imaging and ultrafast spectroscopic studies in biological and material science. This requires developing TW peak power single cycle laser source at 1.8 micron to efficiently scale HHG up to the keV photon energy, which will enable the development of a table-top water window X-ray microscope for biological imaging and to perform ultrafast demagnetization studies with attosecond temporal resolution.
自从1895年发现X射线以来,X射线使人们对以前用传统光学方法无法获得的物质的结构有了新的认识。基于提供高空间分辨率的能力,来自不同科学领域的研究人员正在期待X射线脉冲以高时间分辨率探测动力学过程。这一探索推动了在世界各地建造提供飞秒高亮度X射线脉冲的X射线自由电子激光设施。除了巨额的初始财务投资(数十亿美元)之外,还有一个缺点是可获得性有限,限制了进行的实验的数量。 因此,开展了密集的研究活动,以开发替代台式飞秒X射线源。在高级激光光源,我们可以使用独特的基础设施,我的HQP将利用这些基础设施开发用于超快分子成像和桌面X射线科学的前端光源,这些光源在分子、生物和材料科学中具有重要应用。我的研究活动建立在两个支柱上:(1)利用短周期0.8微米强激光脉冲进行实时分子成像,以及(2)用于超快软X射线科学的短周期1.8微米强脉冲的开发和应用。它们有着共同的长期目标,即实现高时空分辨率成像。 在这项应用的背景下,我们将使用桌面技术来成像飞秒和亚埃分辨率的质子迁移。成像这一过程对于物理化学具有很高的意义,因为它发生在各种化学反应中。此外,我们将开发一种桌面高通量超快软X射线源,使用高次谐波产生(HHG)过程,用于生物和材料科学的高空间分辨率成像和超快光谱研究。这需要开发1.8微米的TW峰值功率单周期激光光源,以有效地将HHG放大到keV光子能量,这将使用于生物成像的台式水窗口X射线显微镜的开发成为可能,并以阿秒的时间分辨率进行超快退磁研究。

项目成果

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Légaré, François其他文献

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