Il fascino discreto della luce laser - - PowerPoint PPT Presentation

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il fascino discreto della luce laser
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Il fascino discreto della luce laser Massimo.Ferrario@LNF.INFN.IT Anno Internazionale della Luce 2015 LNF Mercoledi 29 Aprile 1 AbsorpCon,

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Il ¡fascino ¡discreto ¡della ¡luce ¡laser ¡

Massimo.Ferrario@LNF.INFN.IT ¡ ¡

Anno ¡Internazionale ¡della ¡Luce ¡2015 ¡ LNF ¡– ¡Mercoledi’ ¡29 ¡Aprile ¡

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1 ¡– ¡AbsorpCon, ¡Spontaneous ¡and ¡SCmulated ¡ ¡ Emission ¡of ¡RadiaCon ¡-­‑ ¡1917 ¡ ¡

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S"mulated ¡Emission ¡ Absorp"on ¡and ¡Spontaneous ¡Emission ¡

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Schalow ¡&Townes ¡-­‑ ¡ ¡H-­‑MASER ¡– ¡1953 ¡– ¡1.5 ¡GHz, ¡~ ¡pW ¡

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6

Cosmic ¡MASER ¡1963 ¡– ¡20 ¡-­‑ ¡90 ¡GHz ¡ ¡

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Gordon ¡Gould ¡in ¡1957 ¡

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2 ¡– ¡Mirrors ¡and ¡opCcal ¡cavity

¡

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3 ¡-­‑ ¡PopulaCon ¡inversion ¡

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The ¡Maiman ¡Ruby ¡Laser ¡ ¡ ¡ ¡694,3 ¡nm, ¡10 ¡kw, ¡~µs ¡ ¡

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The ¡Maiman ¡Ruby ¡Laser ¡ 10 ¡kw, ¡~µs ¡ ¡

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Theodore ¡Maiman ¡Explains ¡the ¡First ¡Ruby ¡Laser ¡ ¡ Laser: ¡SoluCon ¡Looking ¡for ¡a ¡Problem ¡ Loser? ¡

¡

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Proper"es ¡of ¡S"mulated ¡Emission ¡

¡

  • 1. Monochroma"city. ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2. ¡Direc"onality. ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡3. ¡Coherence. ¡

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Fiber ¡opCcal ¡communicaCon ¡ Cu]ng ¡machines ¡ Bar ¡code ¡scanner ¡ Laser ¡pointer ¡ Photolithography ¡ Compact ¡Discs ¡

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Light ¡shows ¡ Medicine ¡ Energy ¡Nuclear ¡Fission ¡ Security ¡ Long ¡Distance ¡measurement ¡

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Ti:Sa FLAME laser

Stretcher ¡ Amplifiers ¡ Compressor ¡ LWFA ¡ Electron ¡Self ¡InjecCon ¡ And ¡ Protons ¡

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Laser beam Electron beam

1 mm

Direct production of e-beam

INFN, Frascati, March 7 (2006)

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High quality beam Plasma Accelerattion

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Accelerazioen di particelle mediante laser in plasma

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Fascio di elettroni Magnete di focalizzazione per gli elettroni Camera di collisione elettroni-fotoni Specchio di focalizzazione per i fotoni laser Raggi X Magnete di deflessione per gli elettroni

Thomson/Compton Interaction region

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LIDAR ¡-­‑ ¡Laser ¡Imaging ¡DetecCon ¡and ¡Ranging ¡

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Wavelengths ¡of ¡commercially ¡available ¡atomic ¡lasers ¡

  • 1. Well known and proven technology
  • 2. One Laser One Color.
  • 3. Limited by Mirrors ==> No X rays.
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Radiazione di Sincrotrone

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Particella carica in moto circolare

Radiation Simulator – T. Shintake, @ http://www-xfel.spring8.or.jp/Index.htm

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SLS (Svizzera) Elettra (Trieste) ESRF (Francia)

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δt ≈ ρ E3 ≈ 100 ps

Durata dell’impulso

δt

ωo = 2π To

Ripetizione dell’impulso

To

δt

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ωc ≈ E3 ρ

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θ ≈ nλ 2d

Monocromatore - Legge di Bragg

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Standard ¡X-­‑ray ¡imaging ¡techniques ¡like ¡radiography ¡or ¡computed ¡tomography ¡(CT) ¡rely ¡on ¡a ¡ decrease ¡of ¡the ¡X-­‑ray ¡beam's ¡intensity ¡(agenuaCon) ¡when ¡traversing ¡the ¡sample, ¡which ¡can ¡ be ¡measured ¡directly ¡with ¡the ¡assistance ¡of ¡an ¡X-­‑ray ¡detector. ¡ ¡ ¡ In ¡ Phase ¡ Contrast ¡ Imaging ¡ however, ¡ the ¡ beam's ¡ phase ¡ shih ¡ caused ¡ by ¡ the ¡ sample ¡ is ¡ not ¡ measured ¡directly, ¡but ¡is ¡transformed ¡into ¡variaCons ¡in ¡intensity, ¡which ¡then ¡can ¡be ¡recorded ¡ by ¡the ¡detector. ¡

Phase ¡Contrast ¡Imaging ¡ ¡

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Villa ¡dei ¡papiri ¡– ¡Ercolano ¡– ¡79 ¡d. ¡C. ¡ ¡

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Tomografia ¡a ¡raggi ¡X ¡in ¡contrasto ¡di ¡fase ¡

Vito ¡Mocella ¡del ¡CNR-­‑IMM ¡di ¡Napoli ¡in ¡collaborazione ¡con ¡E.Brun ¡e ¡C. ¡Ferrero ¡dell'ESRF ¡

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Laser ad Elettroni Liberi - FEL

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Radiation Simulator – T. Shintake, @ http://www-xfel.spring8.or.jp/Index.htm

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Lpulse = N uλrad < 1ps

Nu = 5

{ { { { {

λrad ∝ λu 2γ 2

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ξ

I ω

( ) ∝ sinξ

ξ % & ' ( ) *

2

ξ = ΔωTpulse 2 = πNw ω −ωres ωres

Δω ω ≈ 1 Nw

Spectral Intensity

Line width

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Free Electron Laser Self-Amplified-Spontaneous-Emission (Senza Specchi - Accordabile - Raggi X)

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Short Wavelength SASE FEL

LCLS LEUTL VISA-HGHG 4GLS Arc en Ciel TTF_II-FLASH XFEL BESSY LEG SPARX FERMI SCSS PAL SDUV UCLA LANL

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X-FEL based on last 1-km of existing SLAC linac

LCLS at SLAC

1.5-15 Å

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The FEL Applications

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  • E. Muybridge at L. Stanford in 1878
  • E. Muybridge, Animals in Motion, ed. L. S. Brown (Dover Pub. Co., New York 1957)

Courtesy Paul Emma (SLAC).

used spark photography to freeze this ‘ultra-fast’ process

  • E. Muybridge

disagree whether all feet leave the ground during gallop…

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Coulomb Explosion of Lysozyme (50 fs)

  • J. Hajdu, Uppsala U.

Atomic and molecular dynamics occur at the fsec-scale Single Molecule Imaging with Intense X-rays

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Experimental hall (Single Protein Imaging)

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xfel.desy.de

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Open Labs 2015 Sabato 23 maggio dalle ore 9,30 alle 20,00 Arrivederci & Grazie

¡