Hiina Teaduste Akadeemia Shanghai täiustatud uuringute instituudi vabaelektronlaserite meeskond on saavutanud edusamme täielikult koherentsete vabaelektronlaserite uurimisel. Shanghai pehme röntgenkiirguse vabaelektronlaseri seadmel põhinev Hiina pakutud kajaharmoonilise kaskaadlaseri vabaelektronlaseri uus mehhanism on edukalt kontrollitud ja saadi suurepärase jõudlusega pehme röntgenikiirgus koherentne kiirgus. tulemused avaldati hiljuti Opticas pealkirja all Koherentsed ja ülilühikesed pehmed röntgenimpulsid kajatoega harmooniliste kaskaadivabade elektronide laseritest.
Röntgenivaba elektronlaser on üks arenenumaid valgusallikaga suuri teadusinstallatsioone maailmas. Valdav enamus rahvusvahelisi röntgenivaba elektronlasereid põhinevad isevõimenduslikul spontaanse kiirguse mehhanismil (SASE), SASE-l on väga kõrge tippheledus ja femtosekundiline ülilühike impulsi laius ja muu suurepärane jõudlus, kuid SASE-l on müra vibratsioon. , selle kiirgusimpulsi koherentsus ja stabiilsus ei ole kõrge, mitte veel röntgeniriba "laser". Üks olulisemaid rahvusvahelisi arenguid vabaelektronlaserite vallas on tavapärase laserkvaliteediga täielikult koherentse röntgenkiirguse tekitamine ning selle oluliseks võimaluseks on välise seed tüüpi vabaelektronlaserite töömehhanismi kasutamine. Välise külvivabade elektronide laseri kiirgus pärib külvilaseri omadused, millel on suurepärased omadused, nagu täielik koherentsus, faasijuhtimine ja täpne sünkroniseerimine väliselt pumbatava laseriga. Välise külviga vabaelektronlaseri lühikese lainepikkuse katvuse ja impulsi pikkuse reguleerimise vahemik on aga piiratud seemnelaseri lainepikkuse ja impulsi laiusega. Välise seemne tüüpi vabaelektronlaseri lühikese lainepikkuse katvuse edasiseks laiendamiseks on viimastel aastatel rahvusvaheliselt jõuliselt välja töötatud uusi vabaelektrooniliste laseri töörežiime, nagu kaja-harmoonikute genereerimine.
Välise seemne tüüpi vaba elektronlaser on Hiinas üks peamisi tehnilisi teid suure võimendusega vabade elektronide laserite väljatöötamiseks ja praegu on kõik neli Hiinas asuvat suure võimendusega vaba elektronlaseriga seadet kasutusele võtnud välise seemne töörežiimi. Tuginedes Shanghai Deep Ultraviolet Free Electron Laser Unit ja Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser Unit, teadlased on saavutanud maailma esimese kaja-tüüpi vabade elektronide laserkiirguse võimenduse ja esimese kaja-tüüpi vabade elektronide laseri küllastusvõimenduse äärmuslikes tingimustes. ultraviolettriba. Välise seemne tüüpi vabaelektronlaseri edasiseks edasiarendamiseks lühematele lainepikkustele pakkus uurimisrühm iseseisvalt välja uue täielikult koherentse vaba elektronlaseri mehhanismi koos kajaharmoonilise kaskaadiga, mis võeti põhiskeemina kasutusele Shanghai pehme röntgenkiirguse vabaelektronlaseriga. seade ja lõpetas kogu protsessi alates põhimõtte tõestamisest kuni pehme röntgeniriba väljuva valguse võimenduseni. Tulemused näitavad, et sellel uuel mehhanismil on võrreldes tavapärase eksogeense seemnetüüpi töömehhanismiga väga paremad spektraalsed omadused, mida täiendavalt kinnitatakse impulsi pikkuse juhtimise ja ülikiire impulsi genereerimise osas, kasutades teadlaste enda väljatöötatud ülikiire röntgenimpulssi. diagnostikatehnika (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027). Selle uue mehhanismi paremat jõudlust impulsi pikkuse reguleerimise ja ülikiire impulsi genereerimise osas on veelgi tõestanud ettevõttesiseselt välja töötatud ülikiire röntgenimpulsside diagnostika tehnika kasutamine. Uurimistulemused pakuvad praktilist teed täielikult koherentsete vabaelektronlaserite genereerimiseks subnanomeetrilistel lainepikkustel ning pakuvad ideaalseid uurimisvahendeid röntgenikiirguse mittelineaarse optika ja ülikiire füüsikalis-keemia valdkondades.
Nii Itaalia FERMI-FEL-i installatsioon kui ka Šveitsis asuv SwissFEL-i installatsioon teevad praegu ettepanekuid selle uue mehhanismi abil oma kiirgusvõimsuse edasiseks parandamiseks. Uurimistööd toetasid Hiina riiklik võtmeuuringute ja arendustegevuse programm, National Excellent Youth Fund, Hiina riiklik loodusteaduste fond ja Shanghai talendiprogramm.
Suurepärase spektraalse jõudlusega kajaharmooniline kaskaad-vabaelektronlaser: vasakul tavapärane kaskaadrežiim, paremal kajaharmooniline kaskaadrežiim.
Kaja harmooniline kaskaad röntgenimpulsi pikkuse reguleerimiseks ja ülikiire impulsi genereerimiseks.
