Tím pre lasery s voľnými elektrónmi Čínskej akadémie vied dosiahol pokrok vo výskume plne koherentných laserov s voľnými elektrónmi. Na základe zariadenia pre lasery s voľnými elektrónmi s mäkkým röntgenovým žiarením v Šanghaji bol úspešne overený nový mechanizmus laseru s voľnými elektrónmi s harmonickou ozvenou a kaskádou, ktorý navrhla Čína, a bolo získané koherentné žiarenie s mäkkým röntgenovým žiarením s vynikajúcim výkonom. Výsledky boli nedávno publikované v časopise Optica pod názvom Koherentné a ultrakrátke mäkké röntgenové impulzy z laserov s voľnými elektrónmi s harmonickou ozvenou a kaskádou.
Röntgenový laser s voľnými elektrónmi je jedným z najmodernejších svetelných zdrojov na svete. V súčasnosti je väčšina medzinárodných röntgenových laserov s voľnými elektrónmi založená na mechanizme samozosilňovania spontánnej emisie (SASE). SASE má veľmi vysoký vrcholový jas a ultrakrátku šírku impulzu na femto úrovni a ďalšie vynikajúce vlastnosti, ale vibrácie SASE spôsobené šumom, koherencia a stabilita jeho žiarenia nie sú vysoké, nejde o röntgenový pásmový „laser“. Jedným z najdôležitejších smerov vývoja v oblasti medzinárodných laserov s voľnými elektrónmi je generovanie plne koherentného röntgenového žiarenia s konvenčnou laserovou kvalitou a dôležitým spôsobom je použitie mechanizmu fungovania externého laseru s voľnými elektrónmi so semenným žiarením. Žiarenie externého laseru s voľnými elektrónmi so semenným žiarením preberá vlastnosti semenného laseru a má vynikajúce vlastnosti, ako je plná koherencia, fázové riadenie a presná synchronizácia s externým čerpacím laserom. Avšak kvôli obmedzeniu vlnovej dĺžky a šírky impulzu semenného laseru je pokrytie krátkych vlnových dĺžok a rozsah nastavenia dĺžky impulzu externého laseru s voľnými elektrónmi so semenným žiarením obmedzený. Aby sa ďalej rozšírilo pokrytie krátkych vlnových dĺžok externého laseru s voľnými elektrónmi, v posledných rokoch sa vo svete intenzívne vyvíjajú nové prevádzkové režimy laseru s voľnými elektrónmi, ako napríklad generovanie ozvenových harmonických.
Externý laser s voľným elektrónom a semenovodom je jednou z hlavných technických ciest k vývoju laseru s vysokým ziskom na voľných elektrónoch v Číne. V súčasnosti všetky štyri zariadenia s vysokým ziskom na voľných elektrónoch v Číne prijali režim prevádzky s externým semenovodom. Na základe zariadenia Shanghai Deep Ultraviolet Free Electron Laser Facility a Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser Facility vedci postupne dosiahli prvé medzinárodné zosilnenie svetla laserom s voľným elektrónom typu echo a prvé zosilnenie saturacie laserom s voľným elektrónom typu extrémne ultrafialové echo. S cieľom ďalej povýšiť externý laser s voľným elektrónom a semenovodom na krátke vlnové dĺžky, výskumný tím nezávisle navrhol nový mechanizmus plne koherentného laseru s voľným elektrónom s kaskádou echo harmonickej kaskády, ktorý bol prijatý zariadením Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser Facility ako základná schéma a dokončil celý proces od overenia princípu až po zosilnenie svetla v pásme mäkkého röntgenového žiarenia. Výsledky výskumu ukazujú, že v porovnaní s tradičným mechanizmom s externým typom semien má tento mechanizmus veľmi vynikajúce spektrálne charakteristiky, a to vďaka prijatiu nezávisle vyvinutej technológie ultrarýchlej röntgenovej pulznej diagnostiky (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027). Vynikajúci výkon tohto nového mechanizmu v oblasti riadenia dĺžky impulzu a generovania ultrarýchlych impulzov je ďalej potvrdený. Relevantné výsledky výskumu poskytujú uskutočniteľnú technickú cestu pre generovanie plne koherentných laserov s voľnými elektrónmi v subnanometrovom pásme a poskytnú ideálny výskumný nástroj pre oblasti nelineárnej röntgenovej optiky a ultrarýchlej fyzikálnej chémie.
Echo harmonický kaskádový laser s voľnými elektrónmi má vynikajúci spektrálny výkon: ľavý obrázok je konvenčný kaskádový režim a pravý obrázok je echo harmonický kaskádový režim.
Nastavenie dĺžky röntgenového impulzu a generovanie ultrarýchlych impulzov je možné realizovať pomocou kaskády ozvenových harmonických impulzov
Čas uverejnenia: 8. októbra 2023