Il team di Laser a Elettroni Liberi dell'Accademia Cinese delle Scienze ha compiuto progressi nella ricerca sui laser a elettroni liberi completamente coerenti. Basandosi sul sistema laser a elettroni liberi a raggi X molli 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 molli con prestazioni eccellenti. Recentemente, i risultati sono stati pubblicati su Optica con il titolo "Impulsi a raggi X molli 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 una luminosità di picco molto elevata 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 seme esterno. La radiazione del laser a elettroni liberi a seme esterno eredita le caratteristiche del laser a seme 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 della limitazione della lunghezza d'onda e della larghezza d'impulso del laser a seme, la copertura a lunghezza d'onda corta e l'intervallo di regolazione della lunghezza d'impulso del laser a elettroni liberi a seme esterno sono limitati. Per ampliare ulteriormente la copertura delle lunghezze d'onda corte del laser a elettroni liberi a seme esterno, negli ultimi anni sono state sviluppate in modo vigoroso in tutto il mondo nuove modalità operative del laser a elettroni liberi, come la generazione di armoniche d'eco.
Il laser a elettroni liberi a seme 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 seme esterno. Basandosi sullo Shanghai Deep Ultraviolet Free Electron Laser Facility e sullo Shanghai Soft X-ray Free Electron Facility, gli scienziati hanno ottenuto in successione 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. Per promuovere ulteriormente il laser a elettroni liberi a seme 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, che è stato adottato dal dispositivo Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser 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 di tipo seed esterno, questo meccanismo presenta caratteristiche spettrali eccellenti, grazie all'adozione da parte dei ricercatori di una tecnologia di sviluppo indipendente per la diagnosi degli impulsi a raggi X ultraveloci (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 forniranno 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 di 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 di 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