Ekipa za laserje na prostih elektronih Kitajske akademije znanosti je dosegla napredek pri raziskavah popolnoma koherentnih laserjev na prostih elektronih. Na osnovi šanghajskega objekta za laserje na prostih elektronih z mehkimi rentgenskimi žarki je bil uspešno preverjen nov mehanizem laserja na prostih elektronih z odmevom in harmonično kaskado, ki ga je predlagala Kitajska, in pridobljeno je bilo koherentno sevanje mehkih rentgenskih žarkov z odličnimi lastnostmi. Rezultati so bili nedavno objavljeni v reviji Optica pod naslovom Koherentni in ultra kratki mehki rentgenski impulzi iz laserjev na prostih elektronih z odmevom in harmonično kaskado.
Rentgenski laser s prostimi elektroni je eden najnaprednejših svetlobnih virov na svetu. Trenutno večina mednarodnih rentgenskih laserjev s prostimi elektroni temelji na mehanizmu samoojačevanja spontane emisije (SASE). SASE ima zelo visoko najvišjo svetlost, ultra kratko širino impulza na femto ravni in druge odlične zmogljivosti, vendar vibracije SASE zaradi šuma, koherenca in stabilnost sevalnega impulza niso visoke, zato ne gre za rentgenski pasovni "laser". Ena najpomembnejših razvojnih smeri na področju mednarodnih laserjev s prostimi elektroni je ustvarjanje popolnoma koherentnega rentgenskega sevanja s konvencionalno lasersko kakovostjo, pomemben način pa je uporaba mehanizma delovanja zunanjega laserja s prostimi elektroni. Sevanje zunanjega laserja s prostimi elektroni podeduje značilnosti laserja s semenom in ima odlične lastnosti, kot so popolna koherenca, fazni nadzor in natančna sinhronizacija z zunanjim črpalnim laserjem. Vendar pa je zaradi omejitve valovne dolžine in širine impulza laserja s semenom pokritost kratkih valovnih dolžin in območje nastavitve dolžine impulza zunanjega laserja s prostimi elektroni s semenom omejeno. Da bi še bolj razširili pokritost kratkih valovnih dolžin zunanjega laserja s prostimi elektroni, se v zadnjih letih v svetu intenzivno razvijajo novi načini delovanja laserja s prostimi elektroni, kot je generiranje odmevnih harmonikov.
Zunanji laser s prostimi elektroni brez semen je ena glavnih tehničnih poti za razvoj laserja s prostimi elektroni z visokim ojačanjem na Kitajskem. Trenutno vse štiri naprave z laserji s prostimi elektroni z visokim ojačanjem na Kitajskem uporabljajo način delovanja z zunanjim semenom. Na podlagi šanghajskega objekta za globoko ultravijolično lasersko delovanje z prostimi elektroni in šanghajskega objekta za mehko rentgensko lasersko delovanje z prostimi elektroni so znanstveniki zaporedno dosegli prvo mednarodno ojačanje svetlobe z laserjem s prostimi elektroni tipa odmev in prvo ojačanje nasičenosti z laserjem s prostimi elektroni tipa ekstremno ultravijoličnega odmev. Da bi še bolj spodbudili zunanji laser s prostimi elektroni brez semen na kratko valovno dolžino, je raziskovalna skupina neodvisno predlagala nov mehanizem popolnoma koherentnega laserja s prostimi elektroni z odmevno harmonijsko kaskado, ki ga je šanghajski laser s prostimi elektroni brez semen sprejel kot osnovno shemo in zaključil celoten postopek od načelne potrditve do ojačanja svetlobe v pasu mehkih rentgenskih žarkov. Rezultati raziskav kažejo, da ima ta mehanizem v primerjavi s tradicionalnim mehanizmom delovanja z zunanjim semenom zelo odlične spektralne lastnosti, kar je posledica uporabe tehnologije ultrahitre rentgenske pulzne diagnostike (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027), ki so jo razvili raziskovalci neodvisnega razvoja tehnologije ultrahitre rentgenske pulzne diagnostike (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027). Dodatno je potrjena vrhunska zmogljivost tega novega mehanizma pri nadzoru dolžine impulza in generiranju ultrahitrih impulzov. Ustrezni rezultati raziskav zagotavljajo izvedljivo tehnično pot za generiranje popolnoma koherentnih laserjev s prostimi elektroni v subnanometrskem pasu in bodo idealno raziskovalno orodje za področja nelinearne rentgenske optike in ultrahitre fizikalne kemije.
Eho harmonični kaskadni laser s prostimi elektroni ima odlične spektralne lastnosti: leva slika prikazuje običajni kaskadni način, desna slika pa eho harmonični kaskadni način.
Prilagoditev dolžine rentgenskega impulza in ultrahitro generiranje impulzov je mogoče doseči s kaskado odmevnih harmonikov
Čas objave: 8. oktober 2023