L'equip de làser d'electrons lliures de l'Acadèmia Xinesa de les Ciències ha fet progressos en la investigació de làsers d'electrons lliures totalment coherents. Basant-se en la Instal·lació de Làsers d'Electrons Lliures de Raigs X Suaus de Xangai, s'ha verificat amb èxit el nou mecanisme de làser d'electrons lliures en cascada harmònica d'eco proposat per la Xina, i s'ha obtingut la radiació coherent de raigs X suaus amb un rendiment excel·lent. Recentment, els resultats s'han publicat a Optica amb el títol "Coherent and ultra-short soft X-ray pulses from echo-enabled harmonic cascade free electron lasers".
El làser d'electrons lliures de raigs X és una de les fonts de llum més avançades del món. Actualment, la majoria dels làsers d'electrons lliures de raigs X internacionals es basen en el mecanisme d'emissió espontània autoamplificant (SASE). El SASE té una brillantor màxima molt alta i una amplada de pols ultracurta de nivell femto i un altre rendiment excel·lent, però la vibració del SASE per soroll, la coherència i l'estabilitat del seu pols de radiació no són altes, no és el "làser" de banda de raigs X. Una de les direccions de desenvolupament més importants en el camp del làser d'electrons lliures internacional és generar radiació de raigs X totalment coherent amb qualitat làser convencional, i la manera important és utilitzar el mecanisme operatiu del làser d'electrons lliures de llavor extern. La radiació del làser d'electrons lliures de llavor extern hereta les característiques del làser de llavor i té excel·lents característiques com ara coherència completa, control de fase i sincronització precisa amb el làser de bombament extern. Tanmateix, a causa de la limitació de la longitud d'ona i l'amplada de pols del làser de llavor, la cobertura de longitud d'ona curta i el rang d'ajust de la longitud de pols del làser d'electrons lliures de llavor extern són limitats. Per tal d'ampliar encara més la cobertura de longitud d'ona curta del làser d'electrons lliures de llavors externes, en els darrers anys s'estan desenvolupant vigorosament nous modes de funcionament del làser d'electrons lliures, com ara la generació d'harmònics d'eco.
El làser d'electrons lliures de llavor externa és una de les principals vies tècniques per desenvolupar un làser d'electrons lliures d'alt guany a la Xina. Actualment, els quatre dispositius làser d'electrons lliures d'alt guany a la Xina han adoptat el mode de funcionament de llavor externa. Basant-se en la Instal·lació de Làser d'Electrons Lliures Ultraviolat Profund de Xangai i la Instal·lació de Làser d'Electrons Lliures de Raigs X Suaus de Xangai, els científics han aconseguit successivament la primera amplificació internacional de llum làser d'electrons lliures de tipus eco i la primera amplificació de saturació de làser d'electrons lliures de tipus eco ultraviolat extrem. Per tal de promoure encara més el làser d'electrons lliures de llavor externa a la longitud d'ona curta, l'equip de recerca va proposar independentment un nou mecanisme de làser d'electrons lliures totalment coherent amb cascada harmònica d'eco, que va ser adoptat pel dispositiu Làser d'Electrons Lliures de Raigs X Suaus de Xangai com a esquema bàsic, i va completar tot el procés des de la verificació del principi fins a l'amplificació de la llum a la banda de raigs X suaus. Els resultats de la investigació mostren que, en comparació amb el mecanisme tradicional de funcionament de tipus llavor externa, aquest mecanisme té unes característiques espectrals molt excel·lents, gràcies a l'adopció per part dels investigadors del desenvolupament independent de la tecnologia de diagnòstic d'impulsos de raigs X ultraràpids (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027). Es verifica encara més el rendiment superior d'aquest nou mecanisme en el control de la longitud d'impuls i la generació d'impulsos ultraràpids. Els resultats de la investigació rellevants proporcionen una ruta tècnica factible per a la generació de làsers d'electrons lliures totalment coherents a la banda subnanomètrica, i proporcionaran una eina de recerca ideal per als camps de l'òptica no lineal de raigs X i la química física ultraràpida.
El làser d'electrons lliures en cascada harmònica d'eco té un excel·lent rendiment espectral: la imatge esquerra és el mode de cascada convencional i la imatge dreta és el mode de cascada harmònica d'eco.
L'ajust de la longitud del pols de raigs X i la generació de pols ultraràpida es poden aconseguir mitjançant una cascada harmònica d'eco
Data de publicació: 08-10-2023