Das Freie-Elektronen-Laser-Team der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat Fortschritte bei der Erforschung vollständig kohärenter Freie-Elektronen-Laser erzielt. Basierend auf der Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser Facility wurde der von China vorgeschlagene neue Mechanismus des Echo-Harmonic-Cascade-Free-Electron-Lasers erfolgreich verifiziert und es wurde weiche, kohärente Röntgenstrahlung mit hervorragender Leistung erhalten. Kürzlich wurden die Ergebnisse in Optica unter dem Titel „Coherent and ultra-short soft X-ray pulses from echo-enabled harmonisch cascade free Electron lasers“ veröffentlicht.
Der Freie-Elektronen-Röntgenlaser ist eine der fortschrittlichsten Lichtquellen der Welt. Gegenwärtig basieren die meisten internationalen Röntgen-Freie-Elektronen-Laser auf dem selbstverstärkenden spontanen Emissionsmechanismus (SASE). SASE hat eine sehr hohe Spitzenhelligkeit und eine ultrakurze Impulsbreite auf Femto-Niveau und andere hervorragende Leistungen, aber SASE-Vibrationen Durch Rauschen ist die Kohärenz und Stabilität seines Strahlungsimpulses nicht hoch, es handelt sich nicht um einen „Laser“ im Röntgenband. Eine der wichtigsten Entwicklungsrichtungen auf dem Gebiet der internationalen Freie-Elektronen-Laser ist die Erzeugung vollständig kohärenter Röntgenstrahlung mit herkömmlicher Laserqualität, und der wichtigste Weg ist die Verwendung des externen Seed-Freie-Elektronen-Laser-Betriebsmechanismus. Die Strahlung des externen Seed-Freie-Elektronen-Lasers übernimmt die Eigenschaften des Seed-Lasers und verfügt über hervorragende Eigenschaften wie vollständige Kohärenz, Phasensteuerung und präzise Synchronisierung mit dem externen Pumplaser. Aufgrund der Begrenzung der Wellenlänge und Pulsbreite des Seed-Lasers sind jedoch die kurze Wellenlängenabdeckung und der Pulslängen-Einstellbereich des äußeren Seed-Freie-Elektronen-Lasers begrenzt. Um die Kurzwellenabdeckung des externen Seed-Freie-Elektronen-Lasers weiter zu erweitern, werden in den letzten Jahren weltweit energisch neue Betriebsmodi für Freie-Elektronen-Laser wie die Erzeugung harmonischer Echos entwickelt.
Der externe Seed-Freie-Elektronen-Laser ist einer der wichtigsten technischen Wege zur Entwicklung von Freie-Elektronen-Lasern mit hoher Verstärkung in China. Derzeit haben alle vier Freie-Elektronen-Lasergeräte mit hoher Verstärkung in China den externen Seed-Betriebsmodus übernommen. Basierend auf der Shanghai Deep Ultraviolet Free Electron Laser Facility und der Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser Facility haben Wissenschaftler nacheinander die erste internationale Echotyp-Freie-Elektronen-Laserlichtverstärkung und die erste extreme Ultraviolett-Echotyp-Freie-Elektronen-Laser-Sättigungsverstärkung erreicht. Um den externen Seed-Freie-Elektronen-Laser weiter auf die kurze Wellenlänge zu bringen, schlug das Forschungsteam unabhängig einen neuen Mechanismus eines vollständig kohärenten Freie-Elektronen-Lasers mit echoharmonischer Kaskade vor, der vom Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser-Gerät übernommen wurde das Grundschema und schloss den gesamten Prozess von der Prinzipüberprüfung bis zur Lichtverstärkung im weichen Röntgenband ab. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass dieser Mechanismus im Vergleich zum herkömmlichen externen Seed-Laufmechanismus sehr hervorragende spektrale Eigenschaften aufweist, da die Forscher die unabhängige Entwicklung einer ultraschnellen Röntgenpuls-Diagnosetechnologie übernommen haben (https://doi.org/10.1016). /j.fmre.2022.01.027), Die überlegene Leistung dieses neuen Mechanismus bei der Pulslängensteuerung und ultraschnellen Pulserzeugung wird weiter bestätigt. Die relevanten Forschungsergebnisse bieten einen praktikablen technischen Weg für die Erzeugung vollständig kohärenter Freie-Elektronen-Laser im Subnanometerband und werden ein ideales Forschungswerkzeug für die Bereiche nichtlineare Röntgenoptik und ultraschnelle physikalische Chemie darstellen.
Der Freie-Elektronen-Laser mit Echoharmonischer Kaskade weist eine hervorragende spektrale Leistung auf: Das linke Bild zeigt den konventionellen Kaskadenmodus und das rechte Bild zeigt den Echoharmonischen Kaskadenmodus
Die Anpassung der Röntgenpulslänge und die ultraschnelle Pulserzeugung können durch eine echoharmonische Kaskade realisiert werden
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 08.10.2023