Het Free Electron Laser-team van de Chinese Academie van Wetenschappen heeft vooruitgang geboekt in het onderzoek naar volledig coherente vrije-elektronenlasers. Het nieuwe mechanisme van de echo-harmonische cascade vrije-elektronenlaser, gebaseerd op de Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser Facility, is succesvol geverifieerd en de zachte coherente röntgenstraling met uitstekende prestaties is verkregen. De resultaten zijn onlangs gepubliceerd in Optica onder de titel Coherent and ultra-short soft X-ray pulses from echo-enabled harmonic cascade free electron lasers.
De röntgenvrije elektronenlaser is een van de meest geavanceerde lichtbronnen ter wereld. Momenteel zijn de meeste internationale röntgenvrije elektronenlasers gebaseerd op het zelfversterkende spontane emissiemechanisme (SASE). SASE heeft een zeer hoge piekhelderheid en een ultrakorte pulsbreedte op femtoniveau en andere uitstekende prestaties, maar SASE trilt door ruis, de coherentie en stabiliteit van de stralingspuls is niet hoog en is geen röntgenbandlaser. Een van de belangrijkste ontwikkelingsrichtingen op het gebied van internationale vrije elektronenlasers is het genereren van volledig coherente röntgenstraling met conventionele laserkwaliteit. De belangrijkste manier is het gebruik van het externe werkingsmechanisme van de seed-vrije elektronenlaser. De straling van de externe seed-vrije elektronenlaser erft de kenmerken van de seed-laser en heeft uitstekende eigenschappen zoals volledige coherentie, fasecontrole en nauwkeurige synchronisatie met de externe pomplaser. Vanwege de beperkte golflengte en pulsbreedte van de seed-laser zijn de kortegolflengtedekking en het pulslengte-instelbereik van de buitenste seed-vrije elektronenlaser echter beperkt. Om de kortegolflengtedekking van de externe zaadvrije elektronenlaser verder te vergroten, worden de afgelopen jaren wereldwijd nieuwe werkingsmodi voor vrije elektronenlasers, zoals echo-harmonischengeneratie, intensief ontwikkeld.
Een externe seed-vrije elektronenlaser is een van de belangrijkste technische routes voor de ontwikkeling van een high-gain vrije elektronenlaser in China. Momenteel maken alle vier de high-gain vrije elektronenlasers in China gebruik van de externe seed-modus. Gebaseerd op de Shanghai Deep Ultraviolet Free Electron Laser Facility en de Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser Facility, hebben wetenschappers achtereenvolgens de eerste internationale echo-type vrije elektronenlaser lichtversterking en de eerste extreme ultraviolet echo-type vrije elektronenlaser verzadigingsversterking bereikt. Om de externe seed-vrije elektronenlaser verder te promoten voor de korte golflengte, stelde het onderzoeksteam onafhankelijk een nieuw mechanisme voor van een volledig coherente vrije elektronenlaser met echo-harmonische cascade, dat door de Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser als basis werd overgenomen, en voltooide het hele proces van principeverificatie tot lichtversterking in de zachte röntgenband. De onderzoeksresultaten tonen aan dat dit mechanisme, vergeleken met het traditionele externe seed-type loopmechanisme, uitstekende spectrale eigenschappen heeft. Dit is te danken aan de onafhankelijke ontwikkeling van ultrasnelle röntgenpulsdiagnosetechnologie (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027) door de onderzoekers. De superieure prestaties van dit nieuwe mechanisme op het gebied van pulslengtecontrole en ultrasnelle pulsgeneratie worden verder bevestigd. De relevante onderzoeksresultaten bieden een haalbare technische route voor de generatie van volledig coherente vrije-elektronenlasers in de subnanometerband en vormen een ideaal onderzoeksinstrument voor de vakgebieden niet-lineaire röntgenoptica en ultrasnelle fysische chemie.
De echo-harmonische cascadevrije elektronenlaser heeft uitstekende spectrale prestaties: de linker afbeelding is de conventionele cascademodus en de rechter afbeelding is de echo-harmonische cascademodus
Aanpassing van de röntgenpulslengte en ultrakorte pulsgeneratie kunnen worden gerealiseerd door echo-harmonische cascade
Plaatsingstijd: 08-10-2023