Il team del Laser a elettroni liberi dell’Accademia cinese delle scienze ha fatto progressi nella ricerca di laser a elettroni liberi pienamente coerenti.Basato sull'impianto laser a elettroni liberi a raggi X molli di Shanghai, il nuovo meccanismo del laser a elettroni liberi a cascata di eco armonico proposto dalla Cina è stato verificato con successo ed è stata ottenuta la radiazione coerente a raggi X molli con prestazioni eccellenti.Recentemente, i risultati sono stati pubblicati su Optica con il titolo Impulsi di raggi X molli coerenti e ultracorti da laser a elettroni liberi a cascata armonica abilitati all'eco.
Il laser a elettroni liberi a raggi X è una delle sorgenti luminose più avanzate al mondo.Allo stato attuale, la maggior parte dei laser internazionali a elettroni liberi a raggi X si basano sul meccanismo di emissione spontanea autoamplificante (SASE), SASE ha una luminosità di picco molto elevata e un'ampiezza dell'impulso ultrabreve a livello femto e altre prestazioni eccellenti, ma la vibrazione SASE dal rumore, la coerenza e la stabilità del suo impulso di radiazione non è elevata, non è la banda dei raggi X “laser”.Una delle direzioni di sviluppo più importanti nel campo del laser internazionale a elettroni liberi è quella di generare una radiazione di raggi X completamente coerente con la qualità del laser convenzionale, e il modo più importante è utilizzare il meccanismo operativo del laser a elettroni liberi con seme esterno.La radiazione del laser a elettroni liberi seed esterno eredita le caratteristiche del laser seed e presenta caratteristiche eccellenti come coerenza completa, controllo di fase e sincronizzazione precisa con il laser della pompa esterna.Tuttavia, a causa della limitazione della lunghezza d'onda e della larghezza dell'impulso del laser seme, la copertura della lunghezza d'onda corta e l'intervallo di regolazione della lunghezza dell'impulso del laser a elettroni liberi seme esterno sono limitati.Al fine di espandere ulteriormente la copertura della lunghezza d'onda corta del laser a elettroni liberi con seme esterno, negli ultimi anni nel mondo sono state sviluppate vigorosamente nuove modalità operative del laser a elettroni liberi come la generazione di eco armoniche.
Il laser a elettroni liberi con seme esterno è uno dei principali percorsi tecnici per sviluppare laser a elettroni liberi ad alto guadagno in Cina.Allo stato attuale, tutti e quattro i dispositivi laser a elettroni liberi ad alto guadagno in Cina hanno adottato la modalità operativa seed esterno.Basandosi sullo Shanghai Deep Ultraviolet Free Electron Laser Facility e sullo Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser Facility, gli scienziati hanno successivamente ottenuto la prima amplificazione internazionale della luce laser a elettroni liberi di tipo eco e la prima amplificazione di saturazione del laser a elettroni liberi di tipo eco ultravioletto estremo.Al fine di promuovere ulteriormente il laser a elettroni liberi con seme esterno alla lunghezza d'onda corta, il gruppo di ricerca ha proposto in modo indipendente un nuovo meccanismo di laser a elettroni liberi completamente coerente con cascata di eco armonico, che è stato adottato dal dispositivo laser a elettroni liberi a raggi X morbidi di Shanghai come lo schema di base e ha completato l'intero processo dalla verifica dei principi all'amplificazione della luce nella banda dei raggi X molli.I risultati della ricerca mostrano che rispetto al tradizionale meccanismo di funzionamento del tipo a seme esterno, questo meccanismo ha caratteristiche spettrali molto eccellenti, attraverso l'adozione da parte dei ricercatori dello sviluppo indipendente della tecnologia di diagnosi degli impulsi a raggi X ultraveloce (https://doi.org/10.1016 /j.fmre.2022.01.027), le prestazioni superiori di questo nuovo meccanismo nel controllo della lunghezza dell'impulso e nella generazione di impulsi ultraveloci sono state ulteriormente verificate.I risultati della ricerca in questione forniscono un percorso tecnico fattibile per la generazione di laser a elettroni liberi pienamente 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 eco armonica ha eccellenti prestazioni spettrali: l'immagine a sinistra è la modalità a cascata convenzionale e l'immagine a destra è la modalità a cascata eco armonica
La regolazione della lunghezza dell'impulso dei raggi X e la generazione di impulsi ultraveloci possono essere realizzate mediante una cascata di armoniche di eco
Orario di pubblicazione: 08-ottobre-2023