A Kínai Tudományos Akadémia Szabad Elektronlézer kutatócsoportja előrelépést tett a teljesen koherens szabad elektronlézerek kutatásában. A sanghaji lágy röntgen szabad elektronlézer létesítményre támaszkodva sikeresen igazolták a Kína által javasolt új visszhangharmonikus kaszkád szabad elektronlézer mechanizmust, és kiváló teljesítményű lágy röntgenkoherens sugárzást állítottak elő. Az eredményeket nemrégiben az Optica folyóiratban tették közzé „Koherens és ultrarövid lágy röntgenimpulzusok visszhangképes harmonikus kaszkád szabad elektronlézerekből” címmel.
A röntgen szabad elektronlézer a világ egyik legfejlettebb fényforrása. Jelenleg a legtöbb nemzetközi röntgen szabad elektronlézer az önerősítő spontán emissziós mechanizmuson (SASE) alapul. A SASE nagyon magas csúcsfényességgel és femto szintű ultrarövid impulzusszélességgel, valamint egyéb kiváló teljesítménnyel rendelkezik, de a SASE rezgése a zaj miatt, a sugárzási impulzus koherenciája és stabilitása nem magas, nem röntgensávú „lézer”. A nemzetközi szabad elektronlézerek területén az egyik legfontosabb fejlesztési irány a teljesen koherens röntgensugárzás előállítása hagyományos lézerminőséggel, és ennek fontos módja a külső vetőmag szabad elektronlézer működési mechanizmusának használata. A külső vetőmag szabad elektronlézer sugárzása örökli a vetőmaglézer jellemzőit, és kiváló tulajdonságokkal rendelkezik, mint például a teljes koherencia, a fázisvezérlés és a külső pumpáló lézerrel való pontos szinkronizáció. A vetőmaglézer hullámhosszának és impulzusszélességének korlátozottsága miatt azonban a külső vetőmag szabad elektronlézer rövid hullámhosszú lefedettsége és impulzushossz-beállítási tartománya korlátozott. A külső vetőmag-szabad elektronlézer rövid hullámhosszú lefedettségének további bővítése érdekében az utóbbi években a világon erőteljesen fejlesztenek új szabad elektronlézer üzemmódokat, például visszhangharmonikus generálást.
A külső szabad elektronlézer az egyik fő technikai út a nagy nyereségű szabad elektronlézerek fejlesztésére Kínában. Jelenleg mind a négy nagy nyereségű szabad elektronlézeres eszköz Kínában áttért a külső szabad elektronlézeres üzemmódra. A Sanghaji Mély Ultraibolya Szabad Elektronlézeres Létesítmény és a Sanghaji Lágy Röntgen Szabad Elektronlézeres Létesítmény alapján a tudósok egymás után érték el az első nemzetközi visszhang típusú szabad elektronlézeres fényerősítést és az első extrém ultraibolya visszhang típusú szabad elektronlézeres telítési erősítést. A külső szabad elektronlézer rövid hullámhosszra való további előmozdítása érdekében a kutatócsoport önállóan javasolt egy új, teljesen koherens szabad elektronlézer mechanizmust visszhangharmonikus kaszkáddal, amelyet a Sanghaji Lágy Röntgen Szabad Elektronlézer eszköz alapsémaként alkalmazott, és elvégezte a teljes folyamatot az elvi ellenőrzéstől a fényerősítésig a lágy röntgensávban. A kutatási eredmények azt mutatják, hogy a hagyományos külső vetőmag típusú futtató mechanizmushoz képest ez a mechanizmus nagyon kiváló spektrális jellemzőkkel rendelkezik, köszönhetően a kutatók által fejlesztett ultragyors röntgenimpulzus-diagnosztikai technológia (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027) független fejlesztésének. Az új mechanizmus kiváló teljesítményét az impulzushossz-szabályozás és az ultragyors impulzusgenerálás terén tovább igazolják. A vonatkozó kutatási eredmények megvalósítható műszaki megoldást kínálnak a teljesen koherens szabadelektron-lézerek előállítására a szubnanométeres sávban, és ideális kutatási eszközt biztosítanak a röntgensugár nemlineáris optikája és az ultragyors fizikai kémia területén.
Az echoharmonikus kaszkád szabad elektronlézer kiváló spektrális teljesítménnyel rendelkezik: a bal oldali kép a hagyományos kaszkád módot, a jobb oldali kép pedig az echoharmonikus kaszkád módot mutatja.
Röntgenimpulzus-hossz beállítás és ultragyors impulzusgenerálás valósítható meg visszhangharmonikus kaszkáddal
Közzététel ideje: 2023. október 8.