Группа специалистов по лазерам на свободных электронах Китайской академии наук добилась прогресса в исследовании полностью когерентных лазеров на свободных электронах. На базе Шанхайской установки мягкого рентгеновского лазера на свободных электронах был успешно протестирован новый механизм каскадного лазера на свободных электронах с гармоническим эхо-излучением, предложенный Китаем, и получено мягкое рентгеновское когерентное излучение с превосходными характеристиками. Недавно результаты были опубликованы в журнале Optica под заголовком «Когерентные и ультракороткие мягкие рентгеновские импульсы от каскадных лазеров на свободных электронах с гармоническим эхо-излучением».
Рентгеновский лазер на свободных электронах (РЛСЭ) является одним из самых передовых источников света в мире. В настоящее время большинство современных рентгеновских лазеров на свободных электронах основаны на механизме самоусиливающегося спонтанного излучения (САСИ). САСИ обладает очень высокой пиковой яркостью, фемтоуровневым ультракоротким импульсом и другими превосходными характеристиками. Однако, из-за шума, вибраций и когерентности импульса излучения САСИ не обладает высокой стабильностью и не относится к рентгеновским лазерам. Одним из важнейших направлений развития международных лазеров на свободных электронах является генерация полностью когерентного рентгеновского излучения с традиционным лазерным качеством, и важным способом достижения этой цели является использование внешнего механизма работы затравочного лазера на свободных электронах. Излучение внешнего затравочного лазера на свободных электронах наследует характеристики затравочного лазера и обладает такими превосходными характеристиками, как полная когерентность, фазовый контроль и точная синхронизация с внешним лазером накачки. Однако из-за ограничений длины волны и длительности импульса затравочного лазера, диапазон коротковолнового покрытия и регулировки длительности импульса внешнего затравочного лазера на свободных электронах ограничены. Для дальнейшего расширения коротковолнового диапазона внешнего затравочного лазера на свободных электронах в последние годы в мире активно разрабатываются новые режимы работы лазера на свободных электронах, такие как генерация эхо-гармоник.
Внешний затравочный лазер на свободных электронах является одним из основных технических путей для разработки лазера на свободных электронах с высоким коэффициентом усиления в Китае. В настоящее время все четыре устройства с высоким коэффициентом усиления лазера на свободных электронах в Китае используют режим работы с внешним затравочным излучением. На основе Шанхайской установки глубокого ультрафиолетового лазера на свободных электронах и Шанхайской установки мягкого рентгеновского лазера на свободных электронах ученые последовательно добились первого международного усиления света лазера на свободных электронах эхо-типа и первого усиления насыщения лазера на свободных электронах эхо-типа в экстремальном ультрафиолетовом диапазоне. Чтобы и дальше продвигать внешний затравочный лазер на свободных электронах в коротковолновый диапазон, исследовательская группа независимо предложила новый механизм полностью когерентного лазера на свободных электронах с каскадом гармоник эха, который был принят в устройстве Шанхайского мягкого рентгеновского лазера на свободных электронах в качестве базовой схемы и завершил весь процесс от принципиальной проверки до усиления света в диапазоне мягких рентгеновских лучей. Результаты исследований показывают, что по сравнению с традиционным механизмом внешнего затравочного типа этот механизм обладает превосходными спектральными характеристиками благодаря использованию независимой разработки исследователей в области сверхбыстрой рентгеновской импульсной диагностики (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027). Превосходные характеристики этого нового механизма в управлении длительностью импульса и генерации сверхбыстрых импульсов дополнительно подтверждены. Результаты соответствующих исследований открывают осуществимый технический путь для создания полностью когерентных лазеров на свободных электронах в субнанометровом диапазоне и станут идеальным исследовательским инструментом для областей рентгеновской нелинейной оптики и сверхбыстрой физической химии.
Лазер на свободных электронах с каскадным режимом эхо-гармоник обладает превосходными спектральными характеристиками: левое изображение — обычный каскадный режим, а правое изображение — каскадный режим эхо-гармоник.
Регулировка длительности рентгеновского импульса и сверхбыстрая генерация импульсов могут быть реализованы с помощью каскада эхо-гармоник.
Время публикации: 08 октября 2023 г.