Frielektronlaserteamet ved Det kinesiske vitenskapsakademiet har gjort fremskritt i forskningen på fullstendig koherente frielektronlasere. Basert på Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser Facility, har den nye mekanismen for ekkoharmonisk kaskadefrielektronlaser foreslått av Kina blitt verifisert, og koherent myk røntgenstråling med utmerket ytelse er oppnådd. Resultatene ble nylig publisert i Optica under tittelen Coherent and ultra-short soft X-ray pulses from echo-enabled harmonic cascade free electron lasers.
Røntgenfrielektronlaser er en av de mest avanserte lyskildene i verden. For tiden er de fleste internasjonale røntgenfrielektronlasere basert på den selvforsterkende spontanemisjonsmekanismen (SASE). SASE har en veldig høy topplysstyrke og femto-nivå ultrakort pulsbredde og annen utmerket ytelse. SASE vibrerer imidlertid på grunn av støy, koherensen og stabiliteten til strålingspulsen er ikke høy, og er ikke en røntgenbånd-"laser". En av de viktigste utviklingsretningene innen internasjonal frielektronlaser er å generere fullstendig koherent røntgenstråling med konvensjonell laserkvalitet. Den viktigste måten er å bruke den eksterne frøfrielektronlaserens driftsmekanisme. Strålingen fra den eksterne frøfrielektronlaseren arver frølaserens egenskaper og har utmerkede egenskaper som full koherens, fasekontroll og presis synkronisering med den eksterne pumpelaseren. På grunn av begrensningen i bølgelengden og pulsbredden til frølaseren er imidlertid den korte bølgelengdedekningen og pulslengdejusteringsområdet til den ytre frøfrielektronlaseren begrenset. For å ytterligere utvide den korte bølgelengdedekningen til den eksterne frøfrie elektronlaseren, har nye driftsmoduser for frie elektronlasere, som generering av ekkoharmonisk, blitt kraftig utviklet i verden de siste årene.
Ekstern frøfri elektronlaser er en av de viktigste tekniske metodene for å utvikle høyforsterkningsfri elektronlaser i Kina. For tiden har alle fire høyforsterkningsfri elektronlaserenhetene i Kina tatt i bruk ekstern frødriftsmodus. Basert på Shanghai Deep Ultraviolet Free Electron Laser Facility og Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser Facility, har forskere suksessivt oppnådd den første internasjonale ekkotype fri elektronlaserlysforsterkning og den første ekstreme ultrafiolette ekkotype fri elektronlasermetningsforsterkning. For ytterligere å fremme den eksterne frøfri elektronlaseren til kort bølgelengde, foreslo forskerteamet uavhengig en ny mekanisme for fullstendig koherent fri elektronlaser med ekkoharmonisk kaskade, som ble tatt i bruk av Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser-enheten som det grunnleggende opplegget, og fullførte hele prosessen fra prinsippverifisering til lysforsterkning i mykrøntgenbåndet. Forskningsresultatene viser at denne mekanismen har svært utmerkede spektrale egenskaper sammenlignet med den tradisjonelle eksterne frøtypen. Takket være forskeres uavhengige utvikling av ultrahurtig røntgenpulsdiagnoseteknologi (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027) bekreftes den overlegne ytelsen til denne nye mekanismen innen pulslengdekontroll og ultrahurtig pulsgenerering ytterligere. De relevante forskningsresultatene gir en gjennomførbar teknisk rute for generering av fullstendig koherente frielektronlasere i subnanometerbåndet, og vil gi et ideelt forskningsverktøy for feltene ikke-lineær røntgenoptikk og ultrahurtig fysikalsk kjemi.
Den ekkoharmoniske kaskadefrie elektronlaseren har utmerket spektral ytelse: det venstre bildet er den konvensjonelle kaskademodusen, og det høyre bildet er den ekkoharmoniske kaskademodusen.
Justering av røntgenpulslengde og ultrahurtig pulsgenerering kan realiseres ved ekkoharmonisk kaskade
Publisert: 08. oktober 2023