Команда Free electronic Laser Китайской академии наук достигла прогресса в исследовании полностью когерентных свободных электронных лазеров. На основе Шанхайского мягкого рентгеновского лазера на свободных электронах был успешно проверен новый механизм каскадного лазера на свободных электронах с эхо-гармоникой, предложенный Китаем, и получено мягкое рентгеновское когерентное излучение с превосходными характеристиками. Недавно результаты были опубликованы в Optica под заголовком Coherent and ultra-short soft X-ray impulses from echo-enabled harmonic cascade free electronic lasers.
Рентгеновский лазер на свободных электронах является одним из самых передовых источников света в мире. В настоящее время большинство международных рентгеновских лазеров на свободных электронах основаны на механизме самоусиливающегося спонтанного излучения (SASE), SASE имеет очень высокую пиковую яркость и фемто-уровень ультракороткой ширины импульса и другие превосходные характеристики, но SASE вибрирует из-за шума, когерентность и стабильность его импульса излучения не высоки, не является «лазером» рентгеновского диапазона. Одним из важнейших направлений развития в области международных лазеров на свободных электронах является генерация полностью когерентного рентгеновского излучения с обычным качеством лазера, и важным способом является использование внешнего рабочего механизма лазера на свободных электронах. Излучение внешнего лазера на свободных электронах наследует характеристики лазера на свободных электронах и имеет превосходные характеристики, такие как полная когерентность, управление фазой и точная синхронизация с внешним лазером накачки. Однако из-за ограничения длины волны и ширины импульса лазера на свободных электронах покрытие короткой длины волны и диапазон регулировки длины импульса внешнего лазера на свободных электронах ограничены. Для дальнейшего расширения коротковолнового диапазона внешнего 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 высокоэффективных лазеров на свободных электронах в Китае. В настоящее время все четыре высокоэффективных лазера на свободных электронах в Китае перешли на режим работы внешнего затравочного лазера. На основе Шанхайского глубокого ультрафиолетового лазера на свободных электронах и Шанхайского мягкого рентгеновского лазера на свободных электронах ученые последовательно достигли первого международного усиления света лазера на свободных электронах эхо-типа и первого усиления насыщения лазера на свободных электронах экстремального ультрафиолетового эхо-типа. Для дальнейшего продвижения внешнего затравочного лазера на свободных электронах на короткие длины волн исследовательская группа независимо предложила новый механизм полностью когерентного лазера на свободных электронах с каскадом эхо-гармоник, который был принят Шанхайским мягким рентгеновским лазером 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 типа запуска этот механизм имеет очень превосходные спектральные характеристики, благодаря принятию исследователями независимой разработки технологии диагностики сверхбыстрых рентгеновских импульсов (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027), Превосходная производительность этого нового механизма в управлении длиной импульса и генерации сверхбыстрых импульсов дополнительно подтверждена. Соответствующие результаты исследований обеспечивают осуществимый технический путь для генерации полностью когерентных лазеров на свободных электронах в субнанометровом диапазоне и обеспечат идеальный исследовательский инструмент для областей рентгеновской нелинейной оптики и сверхбыстрой физической химии.
Эхогармонический каскадный лазер на свободных электронах имеет превосходные спектральные характеристики: левое изображение — обычный каскадный режим, а правое изображение — эхогармонический каскадный режим.
Регулировка длительности рентгеновского импульса и сверхбыстрая генерация импульса могут быть реализованы с помощью каскада эхо-гармоник.
Время публикации: 08-окт-2023