Kiinan tiedeakatemian vapaaelektronilaser-tiimi on edistynyt täysin koherenttien vapaiden elektronien lasereiden tutkimuksessa. Shanghain pehmeän röntgenvapaiden elektronien laserlaitoksen pohjalta Kiinan ehdottama uusi kaikuharmonisen kaskadin vapaan elektronin lasermekanismi on onnistuneesti todennettu, ja on saatu aikaan erinomainen suorituskykyinen pehmeän röntgenkoherentti säteily. Tulokset julkaistiin äskettäin Optica-lehdessä otsikolla "Koherentit ja erittäin lyhyet pehmeät röntgenpulssit kaikupohjaisista harmonisista kaskadivapaista elektroneista lasereista".
Röntgenvapaaelektronilaseri on yksi maailman kehittyneimmistä valonlähteistä. Tällä hetkellä useimmat kansainväliset röntgenvapaaelektronilaserit perustuvat itseään vahvistavaan spontaaniin emissiomekanismiin (SASE). SASE:lla on erittäin korkea huippukirkkaus ja femtotasoinen erittäin lyhyt pulssinleveys sekä muita erinomaisia ominaisuuksia, mutta SASE:n aiheuttaman kohinan aiheuttama värähtely, säteilypulssin koherenssi ja stabiilius eivät ole korkeita, eivätkä ne ole röntgenalueen "laser". Yksi tärkeimmistä kehityssuunnista kansainvälisen vapaelektronilaserin alalla on tuottaa täysin koherenttia röntgensäteilyä perinteisen laserin laadulla, ja tärkeä tapa on käyttää ulkoista siemenvapaaelektronilaserin toimintamekanismia. Ulkoisen siemenvapaaelektronilaserin säteily perii siemenlaserin ominaisuudet ja sillä on erinomaiset ominaisuudet, kuten täysi koherenssi, vaiheohjaus ja tarkka synkronointi ulkoisen pumppulaserin kanssa. Siemenlaserin aallonpituuden ja pulssinleveyden rajoitusten vuoksi ulomman siemenvapaaelektronilaserin lyhyen aallonpituuden peittoalue ja pulssinpituuden säätöalue ovat kuitenkin rajalliset. Ulkoisen siemenvapaan elektronilaserin lyhyen aallonpituuden peiton laajentamiseksi edelleen maailmassa on viime vuosina kehitetty voimakkaasti uusia vapaiden elektronien laserien toimintatiloja, kuten kaikuharmonisten generointia.
Ulkoinen siemenvapaa elektronilaser on yksi tärkeimmistä teknisistä tavoista kehittää korkean vahvistuksen omaavia vapaiden elektronien lasereita Kiinassa. Tällä hetkellä kaikki neljä Kiinan korkean vahvistuksen omaavaa vapaiden elektronien laserlaitetta ovat ottaneet käyttöön ulkoisen siemenen toimintatilan. Shanghain syvän ultravioletin vapaan elektronien laserlaitoksen ja Shanghain pehmeän röntgenvapaan elektronien laserlaitoksen pohjalta tutkijat ovat peräkkäin saavuttaneet ensimmäisen kansainvälisen kaikutyyppisen vapaan elektronin laservalon vahvistuksen ja ensimmäisen äärimmäisen ultravioletin kaikutyyppisen vapaan elektronin lasersaturaatiovahvistuksen. Jotta ulkoista siemenvapaata elektronia laseria voitaisiin edelleen edistää lyhyillä aallonpituuksilla, tutkimusryhmä ehdotti itsenäisesti uutta täysin koherenttia vapaan elektronin lasermekanismia kaikuharmonisella kaskadilla, jota Shanghain pehmeä röntgenvapaa elektronien laserlaite käytti perusjärjestelmänä ja suoritti koko prosessin periaatteellisesta todentamisesta valon vahvistukseen pehmeällä röntgenalueella. Tutkimustulokset osoittavat, että perinteiseen ulkoiseen siementyyppiseen juoksumekanismiin verrattuna tällä mekanismilla on erittäin erinomaiset spektriominaisuudet. Tutkijoiden itsenäisen kehityksen ansiosta (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027) tämän uuden mekanismin ylivoimainen suorituskyky pulssin pituuden hallinnassa ja ultranopeiden pulssien generoinnissa on vahvistettu. Asiaankuuluvat tutkimustulokset tarjoavat toteuttamiskelpoisen teknisen reitin täysin koherenttien vapaiden elektronien lasereiden generoimiseksi alinanometrin kaistalla ja tarjoavat ihanteellisen tutkimustyökalun röntgensäteiden epälineaarisen optiikan ja ultranopean fysikaalisen kemian aloille.
Kaikuharmonisen kaskadivapaaelektronilaserilla on erinomainen spektraalinen suorituskyky: vasen kuva on tavanomainen kaskadimoodi ja oikea kuva on kaikuharmoninen kaskadimoodi.
Röntgenpulssin pituuden säätö ja erittäin nopea pulssin generointi voidaan toteuttaa kaikuharmonisen kaskadin avulla
Julkaisun aika: 08.10.2023