Il gruppo di ricerca sui laser a elettroni liberi dell'Accademia Cinese delle Scienze ha compiuto progressi nello studio dei laser a elettroni liberi completamente coerenti. Utilizzando l'impianto laser a elettroni liberi a raggi X molli di Shanghai, è stato verificato con successo il nuovo meccanismo di laser a elettroni liberi a cascata armonica con eco, proposto dalla Cina, ottenendo una radiazione coerente a raggi X molli con prestazioni eccellenti. I risultati sono stati recentemente pubblicati sulla rivista Optica con il titolo "Impulsi coerenti e ultracorti di raggi X molli da laser a elettroni liberi a cascata armonica con eco".
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 a livello internazionale si basa sul meccanismo di emissione spontanea autoamplificata (SASE). Il SASE presenta un'elevatissima luminosità di picco e una larghezza di impulso ultracorta a livello femto, oltre ad altre eccellenti prestazioni. Tuttavia, a causa delle vibrazioni dovute al rumore, la coerenza e la stabilità dell'impulso di radiazione del SASE non sono elevate, e quindi non si tratta di un vero e proprio "laser" a raggi X. Una delle direzioni di sviluppo più importanti nel campo dei laser a elettroni liberi a livello internazionale è la generazione di radiazione a raggi X completamente coerente con la qualità di un laser convenzionale, e un metodo fondamentale in tal senso è l'utilizzo di un meccanismo di funzionamento con 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 proprietà quali coerenza completa, controllo di fase e sincronizzazione precisa con il laser di pompaggio esterno. Tuttavia, a causa delle limitazioni di lunghezza d'onda e larghezza di impulso del laser a seme, la copertura delle lunghezze d'onda corte e l'intervallo di regolazione della lunghezza d'impulso del laser a elettroni liberi a seme esterno sono limitati. Al fine di ampliare ulteriormente la copertura delle lunghezze d'onda corte del laser a elettroni liberi con seme esterno, negli ultimi anni si stanno sviluppando con vigore in tutto il mondo nuove modalità operative per i laser a elettroni liberi, come la generazione di armoniche di eco.
Il laser a elettroni liberi con 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 adottano la modalità operativa con seme esterno. Basandosi sull'impianto laser a elettroni liberi nell'ultravioletto profondo di Shanghai e sull'impianto laser a elettroni liberi a raggi X molli di Shanghai, gli scienziati hanno raggiunto con successo 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 con seme esterno alle lunghezze d'onda corte, 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 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 funzionamento a seme esterno, questo meccanismo presenta caratteristiche spettrali eccellenti. Grazie all'adozione della tecnologia di diagnosi a impulsi di raggi X ultrarapidi sviluppata autonomamente dai ricercatori (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027), le prestazioni superiori di questo nuovo meccanismo nel controllo della durata dell'impulso e nella generazione di impulsi ultrarapidi sono ulteriormente verificate. 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 ultrarapida.
Il laser a elettroni liberi a cascata armonica di eco presenta eccellenti prestazioni spettrali: l'immagine a sinistra mostra la modalità a cascata convenzionale, mentre l'immagine a destra mostra la modalità a cascata armonica di eco.
La regolazione della durata dell'impulso a raggi X e la generazione di impulsi ultrarapidi possono essere realizzate tramite cascata armonica di eco.
Data di pubblicazione: 08-ott-2023