Frielektronlaserteamet vid den kinesiska vetenskapsakademin har gjort framsteg i forskningen om helt koherenta frielektronlasrar. Baserat på Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser Facility har den nya mekanismen för ekoharmonisk kaskadfrielektronlaser som föreslagits av Kina framgångsrikt verifierats, och koherent mjuk röntgenstrålning med utmärkt prestanda har erhållits. Resultaten publicerades nyligen i Optica under titeln Coherent and ultra-short soft X-ray pulses from echo-enabled harmonic cascade free electron lasers.
Röntgenfrielektronlasern är en av de mest avancerade ljuskällorna i världen. För närvarande är de flesta internationella röntgenfrielektronlasrarna baserade på den självförstärkande spontanemissionsmekanismen (SASE). SASE har en mycket hög toppljusstyrka och femto-nivå ultrakort pulsbredd och andra utmärkta prestanda, men SASE vibrerar på grund av brus, koherensen och stabiliteten hos dess strålningspuls är inte hög, och är inte röntgenbands-"lasern". En av de viktigaste utvecklingsriktningarna inom internationell frielektronlaser är att generera helt koherent röntgenstrålning med konventionell laserkvalitet, och det viktiga sättet är att använda den externa fröfrielektronlaserns manövermekanism. Strålningen från den externa fröfrielektronlasern ärver frölaserns egenskaper och har utmärkta egenskaper som full koherens, faskontroll och exakt synkronisering med den externa pumplasern. På grund av begränsningen av frölaserns våglängd och pulsbredd är dock den korta våglängdstäckningen och pulslängdsjusteringsområdet för den yttre fröfrielektronlasern begränsat. För att ytterligare utöka den kortvåglängds täckningen av den externa fröfrielektronlasern har nya frielektronlaserdriftsätt, såsom generering av ekoharmoniker, utvecklats kraftigt i världen de senaste åren.
Extern fröfrielektronlaser är en av de viktigaste tekniska vägarna för att utveckla högförstärkande frielektronlasrar i Kina. För närvarande har alla fyra högförstärkande frielektronlaseranordningar i Kina antagit externt frödriftsläge. Baserat på Shanghai Deep Ultraviolet Free Electron Laser Facility och Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser Facility har forskare successivt uppnått den första internationella ekotyp-frielektronlaserljusförstärkningen och den första extrema ultraviolett ekotyp-frielektronlasermättnadsförstärkningen. För att ytterligare främja den externa fröfrielektronlasern till kortvåglängd föreslog forskargruppen oberoende en ny mekanism för helt koherent frielektronlaser med ekoharmonisk kaskad, som antogs av Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser-anordningen som det grundläggande schemat, och slutförde hela processen från principverifiering till ljusförstärkning i det mjuka röntgenbandet. Forskningsresultaten visar att denna mekanism har mycket utmärkta spektrala egenskaper jämfört med den traditionella externa frömekanismen. Tack vare forskares oberoende utveckling av ultrasnabb röntgenpulsdiagnosteknik (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027) verifieras den överlägsna prestandan hos denna nya mekanism inom pulslängdskontroll och ultrasnabb pulsgenerering ytterligare. De relevanta forskningsresultaten ger en genomförbar teknisk väg för generering av helt koherenta frielektronlasrar i subnanometerbandet och kommer att ge ett idealiskt forskningsverktyg för områdena ickelinjär röntgenoptik och ultrasnabb fysikalisk kemi.
Den ekoharmoniska kaskadfria elektronlasern har utmärkt spektralprestanda: den vänstra bilden är det konventionella kaskadläget och den högra bilden är det ekoharmoniska kaskadläget.
Justering av röntgenpulslängd och ultrasnabb pulsgenerering kan realiseras genom ekoharmonisk kaskad
Publiceringstid: 8 oktober 2023