Frielektronlaserteamet ved Shanghai Advanced Institute of Research (SARI) ved det kinesiske vitenskapsakademiet (CAS) har gjort fremskritt i den diagnostiske studien av ultraraske frielektronlaserpulser. Teamet foreslo og validerte en ny metode for enkeltskuddsdiagnose av ultraraske frielektronlaserpulser basert på selvreferert interferensspektroskopi, som gir en helt ny idé for å løse problemet med høypresisjons-sanntidsdiagnose av attosekunders fri- elektronlasere. De relaterte forskningsresultatene, med tittelen Self-Referenced Spectral Interferometry for Single-Shot Characterization of Ultrashort Free-Electron Laser Pulses, ble publisert i Physical Review Letters ( Physical Review Letters .
Avanserte lyskilder med attosekunder (10-18 s) tidsoppløsningsevner er påtrengende nødvendig for å utforske de grunnleggende prosessene med materietransformasjoner i den mikroskopiske verden, som fotoelektriske emisjonsforsinkelser, bevegelsen av valenselektroner og overføring av elektriske lade. Attosekundet lyskilden kan brukes til å observere og manipulere elektronbevegelsen inne i atomer og molekyler, noe som hjelper forskere til å utforske kjemiske reaksjoner, elektronisk struktur og molekylær dynamikk i større dybde, og er av stor betydning for materialvitenskap og kjemiforskning. De siste årene har viktige gjennombrudd innen røntgenfrielektronlaserfysikk og -teknologi muliggjort generering av attosekunderrøntgenpulser med ekstremt høy topplysstyrke, som forventes å gi et revolusjonerende verktøy for attosekunds vitenskapelig forskning. I tillegg til generering av attosekund-pulser, er den komplette tidsfrekvensdomeneinformasjonsdiagnosen for attosekund-røntgen-frielektronlaser like viktig for ultraraske vitenskapelige eksperimenter, og hvordan man utfører høypresisjon sanntidsdiagnose av denne informasjonen har blitt en flaskehals som begrenser bruken av attosecond X-ray free-electron laser. For å løse dette problemet har teamet utført systematisk forskningsarbeid basert på Kinas storskala vitenskapelige enhet med frielektronlaser.
Skjemalayout og tids-frekvensdomenerekonstruksjonsmetode for attosekundpulsede røntgenfrielektronlaserpulser
De siste årene har spektralfaseinterferometri med direkte elektrisk feltrekonstruksjon (SPIDER) blitt en av de raskt utviklende pulsrekonstruksjonsmetodene innen ultraraske lasere. Nøkkelen til denne metoden er å generere et par replika-pulser med passende spektralskjær. Denne prosessen krever generelt bruk av ikke-lineære krystallinske materialer, noe som gjør utvidelsen av metoden til korte bølgelengder ganske vanskelig. I denne studien er det innovativt foreslått å utnytte frekvenstrekkeffekten til frielektronlaseren for å generere spektralskjærmengden, og både den ultraraske strålingspulsen og referansepulsen genereres av den samme elektronstrålen, som på smart måte realiserer selvet. -referansespektral interferens av strålingspulsen; ved å bruke wavelet-transformasjonsalgoritmen for å forbedre SPIDER, kan signal-til-støy-forholdet og effektiviteten til rekonstruksjonen forbedres ytterligere, og samtidig ved å bruke parametrene til Shanghai soft-X-ray free -elektronlaserenhet, er det demonstrert at den fullstendige tids-frekvensdomeneinformasjonen til en attosekund røntgenpuls kan rekonstrueres nøyaktig (rekonstruksjonsfeilen er mindre enn 6%) ved bruk av denne metoden. Sammenlignet med den diagnostiske metoden for ultraraske pulser i tradisjonelle frielektronlaserenheter, har denne metoden fordelene med enkelt utstyr, høy diagnostisk effektivitet (sanntid, enkeltbilde), oppnå fullstendig tidsfrekvensdomeneinformasjon på samme tid, og høyere diagnostisk nøyaktighet med kortere strålingspulser, noe som gir et helt nytt diagnostisk middel for optimalisering av feilsøking av ultraraske røntgenfrielektronlasere, så vel som for fremtidige attosecond-vitenskapelige eksperimenter basert på røntgenfrielektronlasere. Resultatene er oppsummert i følgende tabell.
