Zespół Free electron Laser Chińskiej Akademii Nauk poczynił postępy w badaniach nad w pełni spójnymi laserami na swobodnych elektronach. Na podstawie Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser Facility, nowy mechanizm echa harmonicznego kaskadowego lasera elektronowego zaproponowany przez Chiny został pomyślnie zweryfikowany, a miękkie promieniowanie rentgenowskie koherentne o doskonałej wydajności zostało uzyskane. Niedawno wyniki zostały opublikowane w Optica pod tytułem Coherent and ultra-short soft X-ray pulses from echo-enabled harmonic cascade free electron lasers.
Laser rentgenowski na swobodnych elektronach jest jednym z najbardziej zaawansowanych źródeł światła na świecie. Obecnie większość międzynarodowych laserów rentgenowskich na swobodnych elektronach opiera się na mechanizmie samowzmacniającej się emisji spontanicznej (SASE), SASE ma bardzo wysoką jasność szczytową i femto-krótką szerokość impulsu i inne doskonałe parametry, ale drgania SASE przez szum, spójność i stabilność impulsu promieniowania nie są wysokie, nie jest to „laser” pasma rentgenowskiego. Jednym z najważniejszych kierunków rozwoju w dziedzinie międzynarodowych laserów na swobodnych elektronach jest generowanie w pełni spójnego promieniowania rentgenowskiego o konwencjonalnej jakości lasera, a ważnym sposobem jest wykorzystanie zewnętrznego mechanizmu operacyjnego lasera na swobodnych elektronach. Promieniowanie zewnętrznego lasera na swobodnych elektronach dziedziczy cechy lasera nasion i ma doskonałe cechy, takie jak pełna spójność, kontrola fazy i precyzyjna synchronizacja z zewnętrznym laserem pompującym. Jednak ze względu na ograniczenie długości fali i szerokości impulsu lasera nasion, zakres pokrycia krótkiej długości fali i regulacji długości impulsu zewnętrznego lasera nasion są ograniczone. Aby jeszcze bardziej rozszerzyć zakres zasięgu fal krótkich zewnętrznego lasera na swobodnych elektronach, w ostatnich latach na świecie intensywnie rozwijane są nowe tryby pracy lasera na swobodnych elektronach, takie jak generacja echa harmonicznego.
Zewnętrzny laser elektronowy z wolnymi elektronami jest jedną z głównych dróg technicznych do opracowania lasera elektronowego o wysokim wzmocnieniu w Chinach. Obecnie wszystkie cztery urządzenia laserowe o wysokim wzmocnieniu w Chinach przyjęły tryb pracy zewnętrznego źródła. Na podstawie Shanghai Deep Ultraviolet Free Electron Laser Facility i Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser Facility naukowcy osiągnęli kolejno pierwsze międzynarodowe wzmocnienie światła lasera elektronowego z wolnymi elektronami typu echa i pierwsze wzmocnienie nasycenia lasera elektronowego z wolnymi elektronami typu echa w ekstremalnym ultrafiolecie. Aby dalej promować zewnętrzny laser elektronowy z wolnymi elektronami do krótkiej długości fali, zespół badawczy niezależnie zaproponował nowy mechanizm w pełni spójnego lasera elektronowego z kaskadą harmoniczną echa, który został przyjęty przez Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser jako podstawowy schemat i ukończył cały proces od weryfikacji zasady do wzmocnienia światła w paśmie miękkich promieni rentgenowskich. Wyniki badań pokazują, że w porównaniu z tradycyjnym mechanizmem napędowym typu zewnętrznego, ten mechanizm ma bardzo doskonałe charakterystyki widmowe, dzięki przyjęciu przez badaczy niezależnego rozwoju technologii diagnostyki ultraszybkich impulsów rentgenowskich (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027). Wyższa wydajność tego nowego mechanizmu w zakresie kontroli długości impulsu i ultraszybkiego generowania impulsów została dodatkowo potwierdzona. Odpowiednie wyniki badań zapewniają wykonalną techniczną ścieżkę do generowania w pełni spójnych laserów na swobodnych elektronach w paśmie subnanometrowym i zapewnią idealne narzędzie badawcze dla dziedzin nieliniowej optyki rentgenowskiej i ultraszybkiej chemii fizycznej.
Laser elektronowy z kaskadą harmoniczną echa ma doskonałe parametry widmowe: obraz po lewej stronie przedstawia konwencjonalny tryb kaskadowy, a obraz po prawej tryb kaskadowy echa harmonicznego
Regulacja długości impulsu rentgenowskiego i generowanie ultraszybkich impulsów może być realizowane za pomocą kaskady echa harmonicznego
Czas publikacji: 08-paź-2023