Команда з лазерів на вільних електронах Китайської академії наук досягла прогресу в дослідженні повністю когерентних лазерів на вільних електронах. На базі Шанхайської установки лазерів на вільних електронах з м'яким рентгенівським випромінюванням успішно перевірено новий механізм каскадного лазера на вільних електронах з ефектом гармоніки, запропонований Китаєм, і отримано когерентне випромінювання м'якого рентгенівського випромінювання з відмінними характеристиками. Нещодавно результати були опубліковані в журналі Optica під назвою «Когерентні та надкороткі імпульси м'якого рентгенівського випромінювання від лазерів на вільних електронах з ефектом гармоніки та ефектом гармоніки».
Рентгенівський лазер на вільних електронах є одним із найсучасніших джерел світла у світі. Наразі більшість міжнародних рентгенівських лазерів на вільних електронах базуються на механізмі самопідсилення спонтанного випромінювання (SASE). SASE має дуже високу пікову яскравість, фемто-рівень, ультракоротку ширину імпульсу та інші чудові характеристики, але вібрація SASE через шум, когерентність та стабільність імпульсу випромінювання не високі, тому це не рентгенівський діапазонний «лазер». Одним із найважливіших напрямків розвитку в галузі міжнародних лазерів на вільних електронах є генерація повністю когерентного рентгенівського випромінювання зі звичайною лазерною якістю, і важливим способом є використання механізму роботи зовнішнього затравочного лазера на вільних електронах. Випромінювання зовнішнього затравочного лазера на вільних електронах успадковує характеристики затравочного лазера та має чудові характеристики, такі як повна когерентність, фазовий контроль та точна синхронізація із зовнішнім лазером накачування. Однак через обмеження довжини хвилі та ширини імпульсу затравочного лазера, діапазон короткохвильового випромінювання та регулювання тривалості імпульсу зовнішнього затравочного лазера на вільних електронах обмежені. Для подальшого розширення короткохвильового охоплення зовнішнього лазера на вільних електронах на зародку в останні роки у світі активно розробляються нові режими роботи лазера на вільних електронах, такі як генерація гармонік луни.
Зовнішній лазер на вільних електронах із затравкою є одним з основних технічних шляхів розробки лазера на вільних електронах з високим коефіцієнтом посилення в Китаї. Наразі всі чотири пристрої лазера на вільних електронах з високим коефіцієнтом посилення в Китаї використовують режим роботи з зовнішнім затравкою. На основі Шанхайської установки лазера на вільних електронах глибокого ультрафіолетового випромінювання та Шанхайської установки лазера на вільних електронах м'якого рентгенівського випромінювання, вчені послідовно досягли першого міжнародного підсилення світла лазера на вільних електронах луна-типу та першого підсилення насичення лазером на вільних електронах екстремального ультрафіолетового випромінювання. Для подальшого просування лазера на вільних електронах із зовнішнім затравкою на короткі хвилі, дослідницька група незалежно запропонувала новий механізм повністю когерентного лазера на вільних електронах з каскадом гармонік луни, який був прийнятий Шанхайським пристроєм лазера на вільних електронах м'якого рентгенівського випромінювання як базова схема, та завершив весь процес від принципової перевірки до підсилення світла в діапазоні м'якого рентгенівського випромінювання. Результати дослідження показують, що порівняно з традиційним механізмом роботи із зовнішнім зародком, цей механізм має дуже чудові спектральні характеристики, завдяки впровадженню дослідниками незалежної розробки технології надшвидкої рентгенівської імпульсної діагностики (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027). Додатково підтверджено чудову продуктивність цього нового механізму в управлінні тривалістю імпульсу та генерації надшвидких імпульсів. Відповідні результати дослідження забезпечують можливий технічний шлях для генерації повністю когерентних лазерів на вільних електронах у субнанометровому діапазоні та забезпечать ідеальний дослідницький інструмент для галузей рентгенівської нелінійної оптики та надшвидкої фізичної хімії.
Лазер на вільних електронах з каскадом гармонік відлуння має чудові спектральні характеристики: ліве зображення — це звичайний каскадний режим, а праве зображення — каскадний режим гармонік відлуння.
Регулювання тривалості рентгенівського імпульсу та генерація надшвидких імпульсів можуть бути реалізовані за допомогою каскаду гармонік ехо
Час публікації: 08 жовтня 2023 р.