Екипът по лазери на свободни електрони към Китайската академия на науките постигна напредък в изследванията на напълно кохерентни лазери на свободни електрони. Базирайки се на Шанхайското съоръжение за меки рентгенови лазери на свободни електрони, новият механизъм на предложен от Китай лазер на свободни електрони с ехо хармонична каскада беше успешно проверен и беше получено меко рентгеново кохерентно лъчение с отлични характеристики. Наскоро резултатите бяха публикувани в Optica под заглавие „Кохерентни и ултракъси меки рентгенови импулси от лазери на свободни електрони с ехо хармонична каскада“.
Рентгеновият лазер със свободни електрони е един от най-модерните източници на светлина в света. В момента повечето международни рентгенови лазери със свободни електрони са базирани на механизма на самоусилваща се спонтанна емисия (SASE). SASE има много висока пикова яркост и ултракъса ширина на импулса на фемто ниво, както и други отлични характеристики. Въпреки това, вибрациите на SASE, причинени от шум, не са високи, кохерентността и стабилността на импулса на излъчване и не са рентгенов „лазер“. Едно от най-важните направления за развитие в областта на международните лазери със свободни електрони е генерирането на напълно кохерентно рентгеново лъчение с конвенционално лазерно качество, като важният начин за това е използването на механизма за работа на външен лазер със свободни електрони със семена. Излъчването на външния лазер със свободни електрони със семена наследява характеристиките на лазера със семена и има отлични характеристики като пълна кохерентност, фазов контрол и прецизна синхронизация с външния помпен лазер. Поради ограничението на дължината на вълната и ширината на импулса на лазера със семена обаче, обхватът на късите дължини на вълната и диапазонът на регулиране на дължината на импулса на външния лазер със свободни електрони със семена са ограничени. За да се разшири допълнително обхватът на късите дължини на вълната на външния лазер със свободни електрони, през последните години в света се разработват енергично нови режими на работа на лазер със свободни електрони, като например генериране на ехо хармоници.
Външният лазер със свободни електрони и семена е един от основните технически пътища за разработване на лазер със свободни електрони с висок коефициент на усилване в Китай. Понастоящем и четирите лазерни устройства със свободни електрони с висок коефициент на усилване в Китай са възприели режим на работа с външни семена. Въз основа на Шанхайския лазерен център за дълбоко ултравиолетово лъчение със свободни електрони и Шанхайския лазерен център за меки рентгенови лъчи със свободни електрони, учените последователно постигнаха първото международно усилване на светлината с лазер със свободни електрони тип ехо и първото усилване на насищането с лазер със свободни електрони тип екстремно ултравиолетово ехо. За да се усъвършенства допълнително външният лазер със свободни електрони и семена към късите дължини на вълната, изследователският екип независимо предложи нов механизъм на напълно кохерентен лазер със свободни електрони с каскада от ехо хармоници, който беше възприет от Шанхайския лазер със свободни електрони и семена като основна схема и завърши целия процес от принципна проверка до усилване на светлината в мекия рентгенов диапазон. Резултатите от изследването показват, че в сравнение с традиционния механизъм за работа с външен тип семена, този механизъм има много отлични спектрални характеристики, благодарение на внедряването на независима разработка от изследователи на технология за ултрабърза рентгенова импулсна диагностика (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027). Превъзходната производителност на този нов механизъм при контрол на дължината на импулса и генериране на ултрабързи импулси е допълнително потвърдена. Съответните резултати от изследването предоставят осъществим технически път за генериране на напълно кохерентни лазери със свободни електрони в субнанометровия диапазон и ще осигурят идеален изследователски инструмент в областта на рентгеновата нелинейна оптика и ултрабързата физическа химия.
Каскадният лазер със свободни електрони и ехо хармоници има отлични спектрални характеристики: лявото изображение е конвенционалният каскаден режим, а дясното изображение е каскадният режим с ехо хармоници.
Регулиране на дължината на рентгеновия импулс и генериране на ултрабързи импулси могат да бъдат реализирани чрез каскада от ехо хармоници
Време на публикуване: 08 октомври 2023 г.