Ekipa laserjev prostih elektronov Šanghajskega inštituta za napredne študije Kitajske akademije znanosti je napredovala pri raziskavah popolnoma koherentnih laserjev prostih elektronov. Na podlagi šanghajske mehke rentgenske laserske naprave s prostimi elektroni je bil uspešno preverjen nov mehanizem eho-harmoničnega kaskadnega laserja s prostimi elektroni, ki ga predlaga Kitajska, in pridobljeno je bilo mehko rentgensko koherentno sevanje z odlično zmogljivostjo. Ustrezna raziskava Rezultati so bili nedavno objavljeni v Optici pod naslovom Koherentni in ultra kratki mehki rentgenski impulzi iz harmoničnih kaskadnih laserjev s prostimi elektroni, ki podpirajo odmev.
Rentgenski laser brez elektronov je ena najnaprednejših velikih znanstvenih naprav z viri svetlobe na svetu. Velika večina mednarodnih rentgenskih laserjev s prostimi elektroni temelji na mehanizmu samoojačevalnega spontanega sevanja (SASE), SASE ima zelo visoko najvišjo svetlost in femtosekundno ultrakratko impulzno širino ter druge odlične zmogljivosti, vendar SASE zaradi hrupa vibracij , njegova koherenca in stabilnost sevalnega impulza nista visoki, še ni "laser" rentgenskega pasu. Eden najpomembnejših mednarodnih dosežkov na področju laserjev s prostimi elektroni je ustvarjanje popolnoma koherentnega rentgenskega sevanja s konvencionalno kakovostjo laserja, pomemben način za to pa je uporaba mehanizma za delovanje laserja s prostimi elektroni tipa zunanjega semena. Sevanje zunanjega začetnega laserja s prostimi elektroni podeduje značilnosti začetnega laserja z odličnimi lastnostmi, kot so popolna koherenca, fazni nadzor in natančna sinhronizacija z zunanjim črpanim laserjem. Vendar je pokritost s kratkimi valovnimi dolžinami in območje prilagajanja dolžine impulza zunanjega začetnega laserja s prostimi elektroni omejena z valovno dolžino in širino impulza začetnega laserja. Da bi dodatno razširili pokritost kratke valovne dolžine laserja s prostimi elektroni tipa zunanjega semena, se v zadnjih letih mednarodno intenzivno razvijajo novi načini delovanja laserja s prostimi elektroni, kot je generiranje odmevnih harmonikov.
Zunanji začetni laser s prostimi elektroni je ena glavnih tehničnih poti za razvoj brezelektronskih laserjev z visokim ojačenjem na Kitajskem in trenutno so vse štiri laserske naprave z visokim ojačenjem brez elektronov na Kitajskem sprejele način delovanja z zunanjim zarodkom. Na podlagi šanghajske laserske enote za globoke ultravijolične proste elektrone in mehke rentgenske laserske enote za proste elektrone v Šanghaju so znanstveniki dosegli prvo na svetu ojačitev laserske emisije prostih elektronov tipa odmeva in prvo ojačitev nasičenosti laserja prostih elektronov tipa odmev v ekstremni ultravijolični pas. Za nadaljnji napredek laserja s prostimi elektroni tipa zunanjega semena na krajše valovne dolžine je raziskovalna skupina neodvisno predlagala nov mehanizem popolnoma koherentnega laserja s prostimi elektroni s kaskado harmoničnih odmevov, ki ga je kot osnovno shemo sprejel šanghajski mehki rentgenski laser s prostimi elektroni napravo in dokončal celoten postopek od dokaza principa do ojačanja izhodne svetlobe mehkega rentgenskega traku. Rezultati kažejo, da ima ta novi mehanizem zelo boljše spektralne lastnosti v primerjavi z običajnim eksogenim operacijskim mehanizmom semena, ki je dodatno potrjen v smislu nadzora dolžine impulza in ultrahitrega ustvarjanja impulza z uporabo ultrahitrega rentgenskega impulza, ki so ga sami razvili raziskovalci. diagnostična tehnika (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027). Vrhunsko delovanje tega novega mehanizma v smislu nadzora dolžine impulza in ultrahitrega ustvarjanja impulza je dodatno dokazala uporaba ultrahitre diagnostične tehnike rentgenskega impulza, razvite v podjetju. Rezultati raziskav zagotavljajo praktično pot za generiranje popolnoma koherentnih laserjev prostih elektronov pri subnanometrskih valovnih dolžinah in bodo zagotovili idealna raziskovalna orodja za področja rentgenske nelinearne optike in ultra hitre fizikokemije.
Tako italijanska naprava FERMI-FEL kot naprava SwissFEL v Švici trenutno predlagata načrte za nadaljnje izboljšanje učinkovitosti sevanja z uporabo tega novega mehanizma. Raziskovalno delo so podprli Nacionalni ključni raziskovalni in razvojni program Kitajske, Nacionalni program Excellent Youth Fund, Nacionalna naravoslovna fundacija Kitajske in Šanghajski program za talente.
Ehoharmonični kaskadni laser s prostimi elektroni z odlično spektralno zmogljivostjo: običajni kaskadni način na levi, ehoharmonični kaskadni način na desni.
Odmevna harmonična kaskada za prilagoditev dolžine rentgenskega impulza in ultrahitro ustvarjanje impulza.
