Kinijos mokslų akademijos Šanchajaus pažangiųjų studijų instituto laisvųjų elektronų lazerių komanda padarė pažangą tirdama visiškai koherentinius laisvųjų elektronų lazerius. Remiantis Šanchajaus minkštųjų rentgeno spindulių laisvųjų elektronų lazeriniu prietaisu, naujasis Kinijos pasiūlytas echoharmoninio kaskadinio laisvųjų elektronų lazerio mechanizmas buvo sėkmingai patikrintas ir gauta minkšta koherentinė rentgeno spinduliuotė, pasižyminti puikiomis savybėmis. rezultatai neseniai buvo paskelbti Optica pavadinimu nuoseklūs ir itin trumpi minkštieji rentgeno impulsai iš echo įgalintų harmoninių kaskadinių laisvųjų elektronų lazerių.
Rentgeno spindulių laisvųjų elektronų lazeris yra vienas iš pažangiausių šviesos šaltinių didelių mokslo įrenginių pasaulyje. Didžioji dauguma tarptautinių rentgeno laisvųjų elektronų lazerių yra pagrįsti savaime stiprėjančiu spontaniškos spinduliuotės mechanizmu (SASE), SASE pasižymi labai dideliu didžiausiu ryškumu ir itin trumpu impulso pločiu femtosekundėmis bei kitais puikiais rezultatais, tačiau SASE dėl triukšmo vibracijos. , jo spinduliavimo impulsų koherentiškumas ir stabilumas nėra didelis, dar ne rentgeno juostos "lazeris". Vienas iš svarbiausių tarptautinių pasiekimų laisvųjų elektronų lazerių srityje yra visiškai koherentinės rentgeno spinduliuotės generavimas įprastine lazerio kokybe, o svarbus būdas tai padaryti yra išorinio sėklinio tipo laisvųjų elektronų lazerio veikimo mechanizmas. Išorinio sėjamojo laisvųjų elektronų lazerio spinduliuotė paveldi sėklinio lazerio charakteristikas su puikiomis savybėmis, tokiomis kaip visiška koherencija, fazių valdymas ir tiksli sinchronizacija su išoriškai pumpuojamu lazeriu. Tačiau išorinio sėjamojo laisvųjų elektronų lazerio trumpą bangos ilgio aprėptį ir impulso ilgio reguliavimo diapazoną riboja sėklinio lazerio bangos ilgis ir impulso plotis. Siekiant dar labiau išplėsti išorinio sėklinio tipo laisvųjų elektronų lazerio trumpojo bangos ilgio aprėptį, pastaraisiais metais tarptautiniu mastu aktyviai plėtojami nauji laisvųjų elektronų lazerio veikimo režimai, tokie kaip echoharmonijos generavimas.
Išorinės sėklos tipo laisvųjų elektronų lazeris yra vienas iš pagrindinių techninių būdų sukurti didelio stiprinimo laisvųjų elektronų lazerius Kinijoje, o šiuo metu visi keturi didelio stiprumo laisvųjų elektronų lazeriniai įrenginiai Kinijoje yra pritaikyti išorinės sėklos veikimo režimui. Remiantis Šanchajaus giliųjų ultravioletinių laisvųjų elektronų lazerio bloku ir Šanchajaus minkštuoju rentgeno spindulių laisvųjų elektronų lazeriu, mokslininkai pasiekė pirmąjį pasaulyje aido tipo laisvųjų elektronų lazerio spinduliuotės stiprinimą ir pirmąjį aido tipo laisvųjų elektronų lazerio prisotinimo stiprinimą ekstremaliomis sąlygomis. ultravioletinė juosta. Siekdama toliau tobulinti išorinių sėklų tipo laisvųjų elektronų lazerį iki trumpesnių bangų ilgių, tyrėjų grupė savarankiškai pasiūlė naują visiškai koherentinio laisvųjų elektronų lazerio su aido harmonine kaskada mechanizmą, kurį kaip pagrindinę schemą priėmė Šanchajaus minkštųjų rentgeno spindulių laisvųjų elektronų lazeris. įrenginį, ir užbaigė visą procesą nuo principo įrodymo iki minkštos rentgeno juostos išeinančios šviesos stiprinimo. Rezultatai rodo, kad šis naujas mechanizmas pasižymi labai geresnėmis spektrinėmis savybėmis, palyginti su įprastu egzogeninio sėklos tipo veikimo mechanizmu, kuris dar labiau patvirtintas impulsų ilgio valdymo ir itin greito impulso generavimo požiūriu, naudojant mokslininkų pačių sukurtą itin greitą rentgeno impulsą. diagnostikos technika (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027). Puikus šio naujo mechanizmo veikimas, susijęs su impulsų ilgio valdymu ir itin greitu impulsų generavimu, buvo dar labiau įrodytas naudojant itin greitą rentgeno impulsų diagnostikos metodą, sukurtą įmonėje. Tyrimo rezultatai suteikia praktinį būdą generuoti visiškai koherentinius laisvųjų elektronų lazerius, kurių bangos ilgis yra mažesnis nei nanometrinis, ir suteiks idealias tyrimų priemones rentgeno netiesinės optikos ir itin greitos fizikochemijos srityse.
Tiek Italijos FERMI-FEL, tiek SwissFEL įrenginys Šveicarijoje šiuo metu siūlo planus toliau gerinti savo spinduliuotę, naudojant šį naują mechanizmą. Tyrimą rėmė Kinijos nacionalinė pagrindinių mokslinių tyrimų ir plėtros programa, Nacionalinė puikaus jaunimo fondo programa, Kinijos nacionalinis gamtos mokslų fondas ir Šanchajaus talentų programa.
Echoharmoninis kaskadinis laisvųjų elektronų lazeris su puikiu spektriniu našumu: įprastas kaskadinis režimas kairėje, echoharmoninis kaskadinis režimas dešinėje.
Echo harmoninė kaskada, skirta rentgeno impulsų ilgio reguliavimui ir ypač greitam impulsų generavimui.
