Napredak je postignut u proučavanju potpuno koherentnog lasera sa slobodnim elektronima

Tim za lasere slobodnih elektrona Kineske akademije nauka je postigao napredak u istraživanju potpuno koherentnih lasera sa slobodnim elektronima. Zasnovano na Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser Facility, novi mehanizam eho harmoničnih kaskadnih slobodnih elektronskih lasera koji je predložila Kina je uspješno verifikovan i dobijeno je meko rendgensko koherentno zračenje sa odličnim performansama. Nedavno su rezultati objavljeni u Optici pod naslovom Koherentni i ultra-kratki meki rendgenski impulsi od eho-omogućenih harmonijskih kaskadnih lasera bez elektrona.

Laser bez rendgenskih elektrona jedan je od najnaprednijih izvora svjetlosti na svijetu. Trenutno je većina međunarodnih lasera bez rendgenskih elektrona bazirana na mehanizmu spontane emisije sa samopojačavanjem (SASE), SASE ima vrlo visoku vršnu svjetlinu i ultra kratku širinu impulsa na femto nivou i druge odlične performanse, ali SASE vibracije prema šumu, koherentnost i stabilnost njegovog pulsa zračenja nije visoka, nije "laser" rendgenskog pojasa. Jedan od najvažnijih razvojnih pravaca u oblasti međunarodnog lasera na slobodnim elektronima je generisanje potpuno koherentnog rendgenskog zračenja sa konvencionalnim laserskim kvalitetom, a važan način je korišćenje eksternog mehanizma rada lasera sa slobodnim elektronima. Zračenje eksternog lasera sa slobodnim elektronima nasljeđuje karakteristike lasera sa semenom i ima odlične karakteristike kao što su puna koherentnost, kontrola faze i precizna sinhronizacija sa laserom sa eksternom pumpom. Međutim, zbog ograničenja talasne dužine i širine impulsa seed lasera, pokrivenost kratke talasne dužine i opseg podešavanja dužine impulsa spoljnog lasera sa slobodnim elektronima su ograničeni. Kako bi se dodatno proširila pokrivenost kratkom talasnom dužinom vanjskog laserskog lasera bez elektrona, novi načini rada lasera sa slobodnim elektronima, kao što je generiranje eho harmonika, intenzivno se razvijaju u svijetu posljednjih godina.

Vanjski laser bez elektrona jedan je od glavnih tehničkih puteva za razvoj lasera bez elektrona visokog pojačanja u Kini. Trenutno su sva četiri laserska laserska uređaja sa visokim pojačanjem u Kini usvojila eksterni način rada sjemena. Zasnovano na Shanghai Deep Ultraviolet Free electron Laser Facility i Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser Facility, naučnici su sukcesivno postigli prvo međunarodno pojačanje laserskog svjetla bez elektrona tipa eho i prvo ekstremno pojačanje zasićenja laserom bez elektrona tipa ultraljubičastog eha. U cilju daljeg promovisanja eksternog lasera sa slobodnim elektronima na kratke talasne dužine, istraživački tim je nezavisno predložio novi mehanizam potpuno koherentnog lasera sa slobodnim elektronima sa eho harmonijskom kaskadom, koji je usvojio šangajski Soft X-ray Free electron Laser uređaj kao osnovnu šemu, i završio ceo proces od verifikacije principa do pojačanja svetlosti u mekom rendgenskom pojasu. Rezultati istraživanja pokazuju da u poređenju sa tradicionalnim eksternim mehanizmom pokretanja semena, ovaj mehanizam ima veoma odlične spektralne karakteristike, kroz usvajanje istraživača nezavisnog razvoja ultrabrze tehnologije rendgenske pulsne dijagnostike (https://doi.org/10.1016 /j.fmre.2022.01.027), Vrhunske performanse ovog novog mehanizma u kontroli dužine impulsa i ultrabrzo generisanje impulsa su dodatno potvrđene. Relevantni rezultati istraživanja obezbeđuju izvodljiv tehnički put za generisanje potpuno koherentnih lasera sa slobodnim elektronima u subnanometarskom opsegu, i obezbediće idealan istraživački alat za polja rendgenske nelinearne optike i ultrabrze fizičke hemije.

Eho harmonički kaskadni laser bez elektrona ima odlične spektralne performanse: lijeva slika je konvencionalni kaskadni mod, a desna slika je eho harmonijski kaskadni mod

Podešavanje dužine rendgenskog impulsa i ultrabrzo generisanje impulsa mogu se realizovati kaskadom eho harmonika