חלה התקדמות במחקר של לייזר אלקטרוני חופשי קוהרנטי לחלוטין

צוות לייזר האלקטרון החופשי של האקדמיה הסינית למדעים התקדם במחקר של לייזרים אלקטרוניים חופשיים קוהרנטיים לחלוטין. בהתבסס על מתקן הלייזר האלקטרוני הרך של שנגחאי, המנגנון החדש של לייזר האלקטרונים החופשי במפלים הד הרמוניים שהוצע על ידי סין אומת בהצלחה, והושגה קרינת רנטגן קוהרנטית רכה עם ביצועים מצוינים. לאחרונה, התוצאות פורסמו ב-Optica תחת הכותרת קוהרנטיות וקצרות במיוחד פולסים רכים של קרני רנטגן מלייזרי מפל האלקטרונים הרמוניים המאפשרים הד.

לייזר אלקטרוני ללא קרני רנטגן הוא אחד ממקורות האור המתקדמים בעולם. נכון לעכשיו, רוב לייזר האלקטרונים החופשי של קרני רנטגן בינלאומיים מבוססים על מנגנון הפליטה הספונטנית המגבירה את עצמה (SASE), ל-SASE יש שיא בהירות גבוה מאוד ורוחב פולסים קצר במיוחד ברמת פמטו ועוד ביצועים מצוינים, אך רטט SASE על ידי רעש, הקוהרנטיות והיציבות של דופק הקרינה שלו אינן גבוהות, היא לא רצועת הרנטגן "לייזר". אחד מכיווני הפיתוח החשובים ביותר בתחום הלייזר האלקטרוני החופשי הבינלאומי הוא יצירת קרינת רנטגן קוהרנטית מלאה באיכות לייזר קונבנציונלית, והדרך החשובה היא שימוש במנגנון ההפעלה החיצוני של לייזר האלקטרונים החופשיים. הקרינה של לייזר האלקטרון החיצוני מזרעים יורשת את המאפיינים של לייזר הזרע, ובעלת מאפיינים מצוינים כגון קוהרנטיות מלאה, בקרת פאזה וסנכרון מדויק עם לייזר המשאבה החיצונית. עם זאת, בשל ההגבלה של אורך הגל ורוחב הפולסים של לייזר הזרע, כיסוי אורך הגל הקצר וטווח התאמת אורך הדופק של לייזר האלקטרונים החיצוני של הזרע החיצוני מוגבלים. על מנת להרחיב עוד יותר את כיסוי אורך הגל הקצר של לייזר האלקטרון החופשי החיצוני, מצבי פעולה חדשים של לייזר אלקטרונים חופשיים כגון יצירת הד הרמוני מפותחים בעולם בשנים האחרונות.

לייזר אלקטרוני ללא זרעים חיצוני הוא אחד המסלולים הטכניים העיקריים לפיתוח לייזר אלקטרוני ללא רווח גבוה בסין. נכון לעכשיו, כל ארבעת מכשירי הלייזר האלקטרונים ללא רווח גבוה בסין אימצו מצב פעולת זרע חיצוני. בהתבסס על מתקן לייזר אלקטרונים חופשי אולטרה סגול בשנחאי עמוק ומתקן לייזר אלקטרוני רנטגן חופשי בשנגחאי, מדענים השיגו ברציפות את הגברת אור הלייזר האלקטרונית החופשית הראשונה מסוג הד והגברת ריוויון לייזר אלקטרוניים חופשיים מסוג אולטרה סגול. על מנת לקדם עוד יותר את לייזר האלקטרונים החופשי החיצוני לאורך הגל הקצר, צוות המחקר הציע באופן עצמאי מנגנון חדש של לייזר אלקטרוני חופשי קוהרנטי לחלוטין עם מפל הרמוני הד, אשר אומץ על ידי מכשיר לייזר האלקטרון האלקטרוני החופשי של Shanghai Soft X-ray. הסכימה הבסיסית, והשלימה את כל התהליך מאימות עקרוני ועד להגברת אור ברצועת הרנטגן הרכה. תוצאות המחקר מראות שבהשוואה למנגנון הריצה החיצוני המסורתי, למנגנון זה יש מאפיינים ספקטרליים מצוינים מאוד, באמצעות אימוץ החוקרים של פיתוח עצמאי של טכנולוגיית אבחון דופק בקרני רנטגן מהיר במיוחד (https://doi.org/10.1016 /j.fmre.2022.01.027), הביצועים המעולים של מנגנון חדש זה בבקרת אורך הדופק והפקת דופק מהיר במיוחד מאומתים עוד יותר. תוצאות המחקר הרלוונטיות מספקות מסלול טכני אפשרי ליצירת לייזרים אלקטרוניים חופשיים קוהרנטיים לחלוטין בפס התת-ננומטר, ויספקו כלי מחקר אידיאלי לתחומי אופטיקה לא-לינארית של קרני רנטגן וכימיה פיזיקלית מהירה במיוחד.

ללייזר האלקטרונים החופשי של הד הרמוני יש ביצועים ספקטרליים מצוינים: התמונה השמאלית היא מצב המפל המקובל, והתמונה הימנית היא מצב המפל ההרמוני.

התאמת אורך דופק של קרני רנטגן ויצירת דופק מהיר במיוחד ניתן לממש באמצעות מפל הרמוני הד