Frielektronlaserholdet fra det kinesiske videnskabsakademi har gjort fremskridt i forskningen af fuldt kohærente frielektronlasere. Baseret på Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser Facility er den nye mekanisme for ekkoharmonisk kaskadefrielektronlaser, som er foreslået af Kina, blevet verificeret med succes, og den kohærente bløde røntgenstråling med fremragende ydeevne er blevet opnået. Resultaterne blev for nylig offentliggjort i Optica under titlen Coherent and ultra-short soft X-ray pulses from echo-enabled harmonic cascade free electron lasers.
Røntgenfrielektronlaseren er en af de mest avancerede lyskilder i verden. I øjeblikket er de fleste internationale røntgenfrielektronlasere baseret på den selvforstærkende spontane emissionsmekanisme (SASE). SASE har en meget høj peaklysstyrke og femto-niveau ultrakort pulsbredde samt fremragende ydeevne. Men SASE vibrerer på grund af støj, kohærensen og stabiliteten af dens strålingspuls er ikke høj og er ikke en røntgenbånds-"laser". En af de vigtigste udviklingsretninger inden for international frielektronlaser er at generere fuldt kohærent røntgenstråling med konventionel laserkvalitet, og den vigtigste metode er at bruge den eksterne frøfrielektronlasers driftsmekanisme. Strålingen fra den eksterne frøfrielektronlaser arver frølaserens egenskaber og har fremragende egenskaber såsom fuld kohærens, fasekontrol og præcis synkronisering med den eksterne pumpelaser. På grund af begrænsningen af frølaserens bølgelængde og pulsbredde er den ydre frøfrielektronlasers dækning af kort bølgelængde og justeringsområdet for pulslængden dog begrænset. For yderligere at udvide den korte bølgelængdedækning af den eksterne frøfrielektronlaser er nye frielektronlaser-driftstilstande, såsom generering af ekkoharmoniske, blevet kraftigt udviklet i verden i de senere år.
Ekstern frøfri elektronlaser er en af de vigtigste tekniske veje til udvikling af højforstærkende fri elektronlasere i Kina. I øjeblikket har alle fire højforstærkende fri elektronlaserapparater i Kina indført ekstern frødriftstilstand. Baseret på Shanghai Deep Ultraviolet Free Electron Laser Facility og Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser Facility har forskere successivt opnået den første internationale ekkotype fri elektronlaserlysforstærkning og den første ekstreme ultraviolette ekkotype fri elektronlasermætningsforstærkning. For yderligere at fremme den eksterne frøfri elektronlaser til den korte bølgelængde foreslog forskerholdet uafhængigt en ny mekanisme med fuldt kohærent fri elektronlaser med ekkoharmonisk kaskade, som blev indført af Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser-apparatet som det grundlæggende skema og fuldførte hele processen fra principverifikation til lysforstærkning i det bløde røntgenbånd. Forskningsresultaterne viser, at denne mekanisme har meget fremragende spektrale egenskaber sammenlignet med den traditionelle eksterne frøtype-køremekanisme. Takket være forskeres uafhængige udvikling af ultrahurtig røntgenpulsdiagnoseteknologi (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027) verificeres den overlegne ydeevne af denne nye mekanisme inden for pulslængdekontrol og ultrahurtig pulsgenerering yderligere. De relevante forskningsresultater giver en mulig teknisk rute til generering af fuldt kohærente frielektronlasere i subnanometerbåndet og vil give et ideelt forskningsværktøj inden for ikke-lineær røntgenoptik og ultrahurtig fysisk kemi.
Den ekkoharmoniske kaskadefri elektronlaser har fremragende spektral ydeevne: det venstre billede er den konventionelle kaskadetilstand, og det højre billede er den ekkoharmoniske kaskadetilstand.
Justering af røntgenpulslængde og ultrahurtig pulsgenerering kan realiseres ved hjælp af ekkoharmonisk kaskade
Opslagstidspunkt: 8. oktober 2023