Ir gūti panākumi pilnībā koherenta brīvo elektronu lāzera izpētē

Ķīnas Zinātņu akadēmijas Brīvo elektronu lāzeru komanda ir panākusi progresu pilnībā koherentu brīvo elektronu lāzeru izpētē. Pamatojoties uz Šanhajas mīksto rentgenstaru brīvo elektronu lāzera iekārtu, Ķīnas ierosinātais jaunais atbalss harmonikas kaskādes brīvo elektronu lāzera mehānisms ir veiksmīgi pārbaudīts, un ir iegūts mīksts rentgenstaru koherentais starojums ar izcilu veiktspēju. Nesen rezultāti tika publicēti Optica ar nosaukumu Koherenti un īpaši īsi mīksti rentgena impulsi no atbalss iespējotiem harmonisko kaskādes brīvo elektronu lāzeriem.

Rentgenstaru brīvo elektronu lāzers ir viens no vismodernākajiem gaismas avotiem pasaulē. Pašlaik lielākā daļa starptautisko rentgenstaru brīvo elektronu lāzeru ir balstīti uz pašpastiprinošos spontānās emisijas mehānismu (SASE), SASE ir ļoti augsts maksimālais spilgtums un femto līmeņa īpaši īss impulsa platums un cita lieliska veiktspēja, bet SASE vibrācija trokšņa dēļ tā starojuma impulsa koherenitāte un stabilitāte nav augsta, nav rentgena joslas “lāzers”. Viens no svarīgākajiem attīstības virzieniem starptautiskā brīvo elektronu lāzera jomā ir ģenerēt pilnībā koherentu rentgena starojumu ar parasto lāzera kvalitāti, un būtisks veids ir izmantot ārējo sēklu brīvo elektronu lāzera darbības mehānismu. Ārējā sēklu brīvo elektronu lāzera starojums pārmanto sēklu lāzera īpašības, un tam ir lieliskas īpašības, piemēram, pilnīga koherenitāte, fāzes kontrole un precīza sinhronizācija ar ārējo sūkņa lāzeru. Tomēr, ņemot vērā sēklu lāzera viļņa garuma un impulsa platuma ierobežojumus, ārējā sēklu brīvo elektronu lāzera īsa viļņa garuma pārklājums un impulsa garuma regulēšanas diapazons ir ierobežots. Lai vēl vairāk paplašinātu ārējā sēklu brīvo elektronu lāzera īsviļņu garuma pārklājumu, pēdējos gados pasaulē tiek enerģiski attīstīti jauni brīvo elektronu lāzera darbības režīmi, piemēram, atbalss harmonikas ģenerēšana.

Ārējais sēklu brīvo elektronu lāzers ir viens no galvenajiem tehniskajiem ceļiem, lai Ķīnā izstrādātu augsta pastiprinājuma brīvo elektronu lāzeru. Pašlaik visas četras liela pastiprinājuma brīvo elektronu lāzera ierīces Ķīnā ir pieņēmušas ārējo sēklu darbības režīmu. Pamatojoties uz Šanhajas dziļo ultravioleto brīvo elektronu lāzera iekārtu un Šanhajas mīksto rentgenstaru brīvo elektronu lāzera iekārtu, zinātnieki ir secīgi panākuši pirmo starptautisko atbalss tipa brīvo elektronu lāzera gaismas pastiprinājumu un pirmo ekstrēmo ultravioletā atbalss tipa brīvo elektronu lāzera piesātinājuma pastiprinājumu. Lai vēl vairāk veicinātu ārējo sēklu brīvo elektronu lāzeru līdz īsviļņa garumam, pētnieku grupa neatkarīgi ierosināja jaunu pilnībā koherenta brīvo elektronu lāzera mehānismu ar atbalss harmonisko kaskādi, ko pieņēma Šanhajas Soft X-ray Free elektronu lāzera ierīce kā. pamata shēmu un pabeidza visu procesu no principa verifikācijas līdz gaismas pastiprināšanai mīkstajā rentgena joslā. Pētījuma rezultāti liecina, ka, salīdzinot ar tradicionālo ārējo sēklu darbināšanas mehānismu, šim mehānismam ir ļoti izcili spektrālie raksturlielumi, pateicoties ultraātrās rentgena impulsu diagnostikas tehnoloģijas neatkarīgas izstrādes pētniekiem (https://doi.org/10.1016). /j.fmre.2022.01.027), Šī jaunā mehānisma izcilā veiktspēja impulsa garuma kontrolē un īpaši ātra impulsu ģenerēšana ir vēl vairāk pārbaudīta. Attiecīgie pētījumu rezultāti nodrošina iespējamu tehnisku ceļu pilnīgi koherentu brīvo elektronu lāzeru ģenerēšanai subnanometra joslā un nodrošinās ideālu pētniecības instrumentu rentgenstaru nelineārās optikas un īpaši ātrās fizikālās ķīmijas jomās.

Atbalss harmonikas kaskādes brīvo elektronu lāzeram ir lieliska spektrālā veiktspēja: kreisais attēls ir parastais kaskādes režīms, bet labais attēls ir atbalss harmonikas kaskādes režīms.

Rentgenstaru impulsa garuma regulēšanu un īpaši ātru impulsu ģenerēšanu var realizēt ar atbalss harmonikas kaskādi