Tim za lasere sa slobodnim elektronima Kineske akademije nauka ostvario je napredak u istraživanju potpuno koherentnih lasera sa slobodnim elektronima. Na osnovu postrojenja za lasere sa mekim rendgenskim zracima na slobodnim elektronima u Šangaju, uspješno je verifikovan novi mehanizam kaskadnog lasera sa slobodnim elektronima i ehom, koji je predložila Kina, i dobijeno je koherentno zračenje mekog rendgenskog zračenja sa odličnim performansama. Rezultati su nedavno objavljeni u časopisu Optica pod naslovom "Koherentni i ultrakratki impulsi mekog rendgenskog zračenja iz lasera sa ehom i harmonijskim kaskadnim zracima i slobodnim elektronima".
Rendgenski laser sa slobodnim elektronima je jedan od najnaprednijih izvora svjetlosti na svijetu. Trenutno, većina međunarodnih rendgenskih lasera sa slobodnim elektronima zasniva se na mehanizmu samopojačavajuće spontane emisije (SASE). SASE ima vrlo visoku vršnu svjetlinu i ultrakratku širinu impulsa na femto nivou i druge odlične performanse. Međutim, SASE vibracije uzrokovane šumom, koherencija i stabilnost impulsa zračenja nisu visoke, te se ne radi o rendgenskom "laseru". Jedan od najvažnijih pravaca razvoja u oblasti međunarodnih lasera sa slobodnim elektronima je generisanje potpuno koherentnog rendgenskog zračenja sa konvencionalnim laserskim kvalitetom, a važan način je korištenje mehanizma rada vanjskog lasera sa slobodnim elektronima. Zračenje vanjskog lasera sa slobodnim elektronima nasljeđuje karakteristike lasera sa slobodnim elektronima i ima odlične karakteristike kao što su puna koherencija, fazna kontrola i precizna sinhronizacija sa vanjskim pumpnim laserom. Međutim, zbog ograničenja talasne dužine i širine impulsa lasera sa slobodnim elektronima, pokrivenost kratkih talasnih dužina i raspon podešavanja dužine impulsa vanjskog lasera sa slobodnim elektronima su ograničeni. Kako bi se dodatno proširila pokrivenost kratkih talasnih dužina eksternog lasera sa slobodnim elektronima, posljednjih godina se u svijetu intenzivno razvijaju novi načini rada lasera sa slobodnim elektronima, kao što je generisanje eho harmonika.
Vanjski laser sa slobodnim elektronima i sjemenom jedan je od glavnih tehničkih puteva za razvoj lasera sa slobodnim elektronima visokog pojačanja u Kini. Trenutno, sva četiri uređaja sa slobodnim elektronima visokog pojačanja u Kini usvojila su način rada sa vanjskim sjemenom. Na osnovu Šangajskog postrojenja za duboko ultraljubičasti laser sa slobodnim elektronima i Šangajskog postrojenja za meki rendgenski laser sa slobodnim elektronima, naučnici su sukcesivno postigli prvo međunarodno pojačanje svjetlosti lasera sa slobodnim elektronima tipa eho i prvo pojačanje zasićenja laserom sa slobodnim elektronima tipa ekstremnog ultraljubičastog eho. Kako bi se dalje unaprijedio vanjski laser sa slobodnim elektronima i sjemenom na kratke talasne dužine, istraživački tim je nezavisno predložio novi mehanizam potpuno koherentnog lasera sa slobodnim elektronima i kaskadom eho harmonika, koji je Šangajski uređaj za meki rendgenski laser sa slobodnim elektronima usvojio kao osnovnu shemu, te je završio cijeli proces od verifikacije principa do pojačanja svjetlosti u mekom rendgenskom opsegu. Rezultati istraživanja pokazuju da, u poređenju sa tradicionalnim mehanizmom pokretanja sa eksternim sjemenom, ovaj mehanizam ima veoma odlične spektralne karakteristike, zahvaljujući usvajanju istraživača nezavisnog razvoja tehnologije ultrabrze rendgenske pulsne dijagnostike (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027). Superiorne performanse ovog novog mehanizma u kontroli dužine impulsa i generisanju ultrabrzih impulsa su dodatno potvrđene. Relevantni rezultati istraživanja pružaju izvodljiv tehnički put za generisanje potpuno koherentnih lasera sa slobodnim elektronima u subnanometarskom opsegu i pružiće idealan istraživački alat za oblasti nelinearne rendgenske optike i ultrabrze fizičke hemije.
Laser sa slobodnim elektronima i eho harmonijskom kaskadom ima odlične spektralne performanse: lijeva slika je konvencionalni kaskadni mod, a desna slika je eho harmonijsko-kaskadni mod.
Podešavanje dužine rendgenskog impulsa i generisanje ultrabrzog impulsa mogu se ostvariti kaskadom eho harmonika
Vrijeme objave: 08.10.2023.