Tým Čínské akademie věd, který se zabývá volnými elektronovými lasery, dosáhl pokroku ve výzkumu plně koherentních laserů s volnými elektrony. Na základě zařízení Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser Facility byl úspěšně ověřen nový mechanismus laseru s volnými elektrony s harmonickou echo-umožněnou kaskádou, navržený Čínou, a bylo získáno měkké koherentní rentgenové záření s vynikajícím výkonem. Výsledky byly nedávno publikovány v časopise Optica pod názvem Koherentní a ultrakrátké měkké rentgenové pulzy z laserů s volnými elektrony s harmonickou echo-umožněnou kaskádou.
Rentgenový laser s volnými elektrony je jedním z nejmodernějších světelných zdrojů na světě. V současné době je většina mezinárodních rentgenových laserů s volnými elektrony založena na mechanismu samozesilující spontánní emise (SASE). SASE má velmi vysoký vrcholový jas a femto úroveň, ultrakrátkou šířku pulzu a další vynikající výkon, ale vibrace SASE způsobené šumem, koherence a stabilita jeho zářivého pulzu nejsou vysoké, nejedná se o rentgenový pásmový „laser“. Jedním z nejdůležitějších směrů vývoje v oblasti mezinárodních laserů s volnými elektrony je generování plně koherentního rentgenového záření s konvenční laserovou kvalitou a důležitým způsobem je použití mechanismu ovládání externího semenného laseru s volnými elektrony. Záření externího semenného laseru s volnými elektrony dědí vlastnosti semenného laseru a má vynikající vlastnosti, jako je plná koherence, fázové řízení a přesná synchronizace s externím čerpacím laserem. Vzhledem k omezení vlnové délky a šířky pulzu semenného laseru je však pokrytí krátkých vlnových délek a rozsah nastavení délky pulzu vnějšího semenného laseru s volnými elektrony omezený. Aby se dále rozšířil dosah krátkovlnného rozsahu externího laseru s volnými elektrony, v posledních letech se ve světě intenzivně vyvíjejí nové provozní režimy laseru s volnými elektrony, jako je generování ozvěnových harmonických.
Externí laser s volnými elektrony s využitím semen je jednou z hlavních technických cest k vývoji laseru s vysokým ziskem na volných elektronech v Číně. V současné době všechna čtyři zařízení s vysokým ziskem na volných elektronech v Číně používají režim provozu s externím semenem. Na základě zařízení Shanghai Deep Ultraviolet Free Electron Laser Facility a Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser Facility vědci postupně dosáhli prvního mezinárodního zesílení světla laserem s volnými elektrony typu echo a prvního zesílení saturace laserem s volnými elektrony typu extrémně ultrafialové echo. Aby se dále posunul externí laser s volnými elektrony s využitím semen na krátkou vlnovou délku, výzkumný tým nezávisle navrhl nový mechanismus plně koherentního laseru s volnými elektrony s kaskádou echo harmonické kaskády, který byl přijat zařízením Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser Facility jako základní schéma a dokončil celý proces od ověření principu až po zesílení světla v pásmu měkkého rentgenového záření. Výsledky výzkumu ukazují, že ve srovnání s tradičním mechanismem s externím semenovodem má tento mechanismus velmi vynikající spektrální vlastnosti, a to díky využití nezávislého vývoje technologie ultrarychlé rentgenové pulzní diagnostiky (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027) výzkumníky, kteří vyvinuli technologii ultrarychlé rentgenové pulzní diagnostiky. Vynikající výkon tohoto nového mechanismu v řízení délky pulzu a generování ultrarychlých pulzů je dále ověřen. Relevantní výsledky výzkumu poskytují proveditelnou technickou cestu pro generování plně koherentních laserů s volnými elektrony v subnanometrovém pásmu a poskytnou ideální výzkumný nástroj pro oblasti rentgenové nelineární optiky a ultrarychlé fyzikální chemie.
Echo harmonický kaskádový laser s volnými elektrony má vynikající spektrální výkon: levý obrázek představuje konvenční kaskádový režim a pravý obrázek představuje echo harmonický kaskádový režim.
Nastavení délky rentgenového pulzu a generování ultrarychlých pulzů lze realizovat pomocí harmonické kaskády ozvěny
Čas zveřejnění: 8. října 2023