Det frie elektronlaserteamet til Shanghai Institute of Advanced Studies fra Det kinesiske vitenskapsakademiet har gjort fremskritt i forskningen på fullt sammenhengende frielektronlasere. Basert på Shanghai soft X-ray free-electron laserenhet, har den nye mekanismen for ekkoharmonisk kaskadefri-elektron laser foreslått av Kina blitt vellykket verifisert og den myke røntgen sammenhengende strålingen med utmerket ytelse ble oppnådd. De relevante forskningsresultatene ble nylig publisert i Optica under tittelen Sammenhengende og ultra-korte myke røntgenpulser fra ekkoaktiverte harmoniske kaskadefrie elektronlasere.
Røntgenfri elektronlaser er en av de mest avanserte lyskildene store vitenskapsinstallasjoner i verden. De aller fleste internasjonale røntgenfrie elektronlasere er basert på den selvforsterkerende spontane strålingsmekanismen (SASE), SASE har en veldig høy topp lysstyrke og femtosecond ultra-kort pulsbredde og annen utmerket ytelse, men SASE ved støyvibrasjonen, dens strålingspulskoherens og stabilitet er ikke høy, ennå ikke røntgenbåndet "laser". En av de viktigste internasjonale utviklingene innen frie elektronlasere er genereringen av helt sammenhengende røntgenstråling med konvensjonell laserkvalitet, og en viktig måte å gjøre dette på er å bruke en ekstern frøtypefri elektronlaserdriftsmekanisme. Strålingen til den eksterne frøfrie elektronlaseren arver egenskapene til frølaseren, med utmerkede egenskaper som full sammenheng, fasekontroll og presis synkronisering med den eksternt pumpede laseren. Den korte bølgelengdedekningen og pulslengdejusteringsområdet til den ytre frøfrie elektronlaseren er imidlertid begrenset av bølgelengden og pulsbredden til frølaseren. For ytterligere å utvide den korte bølgelengdedekningen til den ytre frøtypen fri-elektronlaser, utvikles nye frielektronlaseroperasjonsmoduser som ekkoharmonisk generasjon kraftig internasjonalt de siste årene.
Den ytre frøtypen fri elektronlaser er en av de viktigste tekniske rutene for utvikling av høy gevinstfrie elektronlasere i Kina, og for tiden har alle fire høygevinstfrie elektronlaserenheter i Kina tatt i bruk den ytre frøoperasjonsmodusen. Basert på Shanghai Deep Ultraviolet Free Electron Laser Unit og Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser Unit, har forskere oppnådd verdens første ekko-type gratis elektron laser utslipp forsterkning og den første ekko-type gratis elektron laser metning forsterkning i ekstreme ultrafiolett bånd. For ytterligere å fremme den ytre frøtypen fri elektronlaser til kortere bølgelengder, foreslo forskerteamet uavhengig en ny mekanisme for fullt sammenhengende gratis elektronlaser med ekkoharmonisk kaskade, som ble vedtatt som den grunnleggende ordningen av Shanghai soft X-ray free electron laserenhet, og fullførte hele prosessen fra prinsippbeviset til det myke røntgenbåndet utgående lysforsterkning. Resultatene viser at denne nye mekanismen har svært overlegne spektralegenskaper sammenlignet med den konvensjonelle eksogene driftsmekanismen av frøtype, som videre valideres når det gjelder pulslengdekontroll og ultrarask pulsgenerering ved hjelp av forskernes selvutviklede ultraraske røntgenpulsdiagnostiske teknikk (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027). Den overlegne ytelsen til denne nye mekanismen når det gjelder pulslengdekontroll og ultrarask pulsgenerering har blitt ytterligere demonstrert ved bruk av en ultrarask røntgenpulsdiagnostisk teknikk utviklet internt. Forskningsresultatene gir en praktisk rute for å generere fullt sammenhengende frielektroniske lasere ved bølgelengder med sub nanometer og vil gi ideelle forskningsverktøy for røntgen ikke-lineær optikk og ultrarask fysikokjemi.
Både den italienske FERMI-FEL-installasjonen og SwissFEL-installasjonen i Sveits foreslår for tiden planer om å forbedre strålingsytelsen ytterligere ved hjelp av denne nye mekanismen. Forskningsarbeidet ble støttet av National Key Research and Development Program of China, National Excellent Youth Fund Program, National Natural Science Foundation of China og Shanghai Talent Program.
Echo-harmonisk kaskadefri-elektronlaser med utmerket spektral ytelse: konvensjonell kaskademodus til venstre, ekkoharmonisk kaskademodus til høyre.
Ekkoharmonisk kaskade for justering av røntgenpulslengde og ultrarask pulsgenerering.
