Tim za lasere sa slobodnim elektronima Kineske akademije znanosti postigao je napredak u istraživanju potpuno koherentnih lasera sa slobodnim elektronima. Na temelju šangajskog postrojenja za lasere sa slobodnim elektronima mekog rendgenskog zračenja, uspješno je verificiran novi mehanizam kaskadnog lasera sa slobodnim elektronima koji je predložila Kina, te je dobiveno koherentno zračenje mekog rendgenskog zračenja izvrsnih performansi. Nedavno su rezultati objavljeni u časopisu Optica pod naslovom Koherentni i ultrakratki meki rendgenski impulsi iz lasera sa slobodnim elektronima i harmonijskim kaskadnim zračenjem s omogućenim odjekom.
Rendgenski laser sa slobodnim elektronima jedan je od najnaprednijih izvora svjetlosti na svijetu. Trenutno se većina međunarodnih rendgenskih lasera sa slobodnim elektronima temelji na mehanizmu samopojačavajuće spontane emisije (SASE). SASE ima vrlo visoku vršnu svjetlinu i ultrakratku širinu impulsa na femto razini te druge izvrsne performanse. Međutim, SASE vibracije uzrokovane šumom, koherencija i stabilnost impulsa zračenja nisu visoke, pa se ne radi o rendgenskom "laseru". Jedan od najvažnijih smjerova razvoja u području međunarodnih lasera sa slobodnim elektronima je generiranje potpuno koherentnog rendgenskog zračenja s konvencionalnom laserskom kvalitetom, a važan način je korištenje mehanizma rada vanjskog lasera sa slobodnim elektronima. Zračenje vanjskog lasera sa slobodnim elektronima nasljeđuje karakteristike lasera sa slobodnim elektronima i ima izvrsne karakteristike poput pune koherencije, fazne kontrole i precizne sinkronizacije s vanjskim pumpnim laserom. Međutim, zbog ograničenja valne duljine i širine impulsa lasera sa slobodnim elektronima, pokrivenost kratke valne duljine i raspon podešavanja duljine impulsa vanjskog lasera sa slobodnim elektronima su ograničeni. Kako bi se dodatno proširila pokrivenost kratkih valnih duljina vanjskog lasera sa slobodnim elektronima, posljednjih se godina u svijetu intenzivno razvijaju novi načini rada lasera sa slobodnim elektronima, poput generiranja eho harmonika.
Vanjski laser sa slobodnim elektronima i sjemenkama jedan je od glavnih tehničkih puteva za razvoj lasera sa slobodnim elektronima visokog pojačanja u Kini. Trenutno su sva četiri uređaja sa slobodnim elektronima visokog pojačanja u Kini usvojila način rada sa vanjskim sjemenkama. Na temelju Šangajskog postrojenja za duboko ultraljubičasti laser sa slobodnim elektronima i Šangajskog postrojenja za meki rendgenski laser sa slobodnim elektronima, znanstvenici su sukcesivno postigli prvo međunarodno pojačanje svjetlosti laserom sa slobodnim elektronima tipa echo i prvo pojačanje zasićenja laserom sa slobodnim elektronima tipa ekstremnog ultraljubičastog echo. Kako bi se dodatno unaprijedio vanjski laser sa slobodnim elektronima i sjemenkama na kratke valne duljine, istraživački tim je samostalno predložio novi mehanizam potpuno koherentnog lasera sa slobodnim elektronima s kaskadom eho harmonika, koji je Šangajski uređaj za meki rendgenski laser sa slobodnim elektronima usvojio kao osnovnu shemu, te je dovršio cijeli proces od provjere principa do pojačanja svjetlosti u pojasu mekog rendgenskog zračenja. Rezultati istraživanja pokazuju da u usporedbi s tradicionalnim mehanizmom pokretanja s vanjskim sjemenom, ovaj mehanizam ima vrlo izvrsne spektralne karakteristike, zahvaljujući primjeni tehnologije ultrabrze rendgenske pulsne dijagnostike (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027) od strane istraživača koji su neovisno razvili tehnologiju ultrabrze rendgenske pulsne dijagnostike (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027). Superiorne performanse ovog novog mehanizma u kontroli duljine pulsa i generiranju ultrabrzih pulsa dodatno su potvrđene. Relevantni rezultati istraživanja pružaju izvediv tehnički put za generiranje potpuno koherentnih lasera sa slobodnim elektronima u subnanometarskom pojasu i pružit će idealan istraživački alat za područja nelinearne rendgenske optike i ultrabrze fizikalne kemije.
Laser s slobodnim elektronima i eho harmonijskom kaskadom ima izvrsne spektralne performanse: lijeva slika je konvencionalni kaskadni način rada, a desna slika je eho harmonijsko-kaskadni način rada.
Podešavanje duljine rendgenskog impulsa i generiranje ultrabrzog impulsa mogu se ostvariti kaskadom eho harmonika
Vrijeme objave: 08.10.2023.