Il team di laser a elettroni liberi dell'Accademia Cinese delle Scienze ha compiuto progressi nella ricerca sui laser a elettroni liberi completamente coerenti. Grazie al centro laser a elettroni liberi a raggi X morbidi di Shanghai, il nuovo meccanismo di laser a elettroni liberi a cascata armonica eco-proposto dalla Cina è stato verificato con successo, ottenendo una radiazione coerente a raggi X morbidi con prestazioni eccellenti. I risultati sono stati recentemente pubblicati su Optica con il titolo "Impulsi a raggi X morbidi coerenti e ultra-corti da laser a elettroni liberi a cascata armonica eco-prodotta".
Il laser a elettroni liberi a raggi X è una delle sorgenti luminose più avanzate al mondo. Attualmente, la maggior parte dei laser a elettroni liberi a raggi X internazionali si basa sul meccanismo di emissione spontanea autoamplificante (SASE). Il SASE ha un picco di luminosità molto elevato e una larghezza d'impulso ultracorta a livello femto, oltre ad altre eccellenti prestazioni. Tuttavia, la vibrazione del SASE dovuta al rumore, la coerenza e la stabilità del suo impulso di radiazione non sono elevate, il che non lo rende un "laser" a banda di raggi X. Una delle direzioni di sviluppo più importanti nel campo dei laser a elettroni liberi internazionali è quella di generare una radiazione a raggi X completamente coerente con la qualità laser convenzionale, e il modo più importante è utilizzare il meccanismo operativo del laser a elettroni liberi a seed esterno. La radiazione del laser a elettroni liberi a seed esterno eredita le caratteristiche del laser seed e presenta eccellenti caratteristiche come la piena coerenza, il controllo di fase e la sincronizzazione precisa con il laser a pompa esterno. Tuttavia, a causa dei limiti della lunghezza d'onda e della larghezza d'impulso del laser seed, la copertura a lunghezza d'onda corta e l'intervallo di regolazione della lunghezza d'impulso del laser a elettroni liberi a seed esterno sono limitati. Per ampliare ulteriormente la copertura delle lunghezze d'onda corte del laser a elettroni liberi a seme esterno, negli ultimi anni in tutto il mondo si stanno sviluppando attivamente nuove modalità operative del laser a elettroni liberi, come la generazione di armoniche d'eco.
Il laser a elettroni liberi a seed esterno è una delle principali vie tecniche per lo sviluppo di laser a elettroni liberi ad alto guadagno in Cina. Attualmente, tutti e quattro i dispositivi laser a elettroni liberi ad alto guadagno in Cina hanno adottato la modalità di funzionamento a seed esterno. Basandosi sul sistema laser a elettroni liberi a ultravioletto profondo di Shanghai e sul sistema laser a elettroni liberi a raggi X molli di Shanghai, gli scienziati hanno ottenuto la prima amplificazione di luce laser a elettroni liberi di tipo eco a livello internazionale e la prima amplificazione di saturazione laser a elettroni liberi di tipo eco nell'ultravioletto estremo. Al fine di promuovere ulteriormente il laser a elettroni liberi a seed esterno alla lunghezza d'onda corta, il team di ricerca ha proposto in modo indipendente un nuovo meccanismo di laser a elettroni liberi completamente coerente con cascata armonica di eco, adottato dal dispositivo laser a elettroni liberi a raggi X molli di Shanghai come schema di base, e ha completato l'intero processo dalla verifica del principio all'amplificazione della luce nella banda dei raggi X molli. I risultati della ricerca mostrano che, rispetto al tradizionale meccanismo di esecuzione a seme esterno, questo meccanismo presenta caratteristiche spettrali eccellenti, grazie all'adozione da parte dei ricercatori di una tecnologia di diagnosi di impulsi a raggi X ultraveloci sviluppata in modo indipendente (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027). Le prestazioni superiori di questo nuovo meccanismo nel controllo della lunghezza d'impulso e nella generazione di impulsi ultraveloci sono ulteriormente confermate. I risultati della ricerca forniscono un percorso tecnico fattibile per la generazione di laser a elettroni liberi completamente coerenti nella banda subnanometrica e costituiranno uno strumento di ricerca ideale per i campi dell'ottica non lineare a raggi X e della chimica fisica ultraveloce.
Il laser a elettroni liberi a cascata armonica eco ha eccellenti prestazioni spettrali: l'immagine a sinistra è la modalità a cascata convenzionale e l'immagine a destra è la modalità a cascata armonica eco
La regolazione della lunghezza dell'impulso dei raggi X e la generazione di impulsi ultraveloci possono essere realizzate tramite cascata armonica di eco
Data di pubblicazione: 08-10-2023