Команда лазерів з вільними електронами Шанхайського інституту перспективних досліджень Китайської академії наук досягла прогресу в дослідженнях повністю когерентних вільноелектронних лазерів. На базі шанхайського м'якого рентгенівського безелектронного лазерного приладу успішно перевірено новий механізм ехо-гармонічного каскадного вільноелектронного лазера і отримано м'яке рентгенівське когерентне випромінювання з відмінними показниками. Відповідні результати досліджень нещодавно були опубліковані в Optica під назвою Coherent і ultra-short м'які рентгенівські імпульси від ехо-підтримуваних гармонічних каскадних вільноелектронних лазерів.
Рентгенівський лазер з вільним електроном є однією з найсучасніших великих наукових установок джерела світла у світі. Переважна більшість міжнародних рентгенівських лазерів на вільних електронах засновані на самопідсилювальному механізмі спонтанного випромінювання (SASE), SASE має дуже високу пікову яскравість і фемтосекундну ультракоротку ширину імпульсу та інші відмінні показники, але SASE за допомогою шумової вібрації, його зв'язності та стабільності імпульсів випромінювання не висока, ще не рентгенівський діапазон "лазер". Однією з найважливіших міжнародних розробок в області лазерів з вільними електронами є генерація повністю когерентного рентгенівського випромінювання зі звичайною лазерною якістю, і важливим способом зробити це є використання зовнішнього пускового лазерного механізму вільного електронного типу. Випромінювання зовнішнього засіяного вільноелектронного лазера успадковує характеристики насіннєвого лазера, з відмінними характеристиками, такими як повна когерентність, контроль фаз і точна синхронізація з лазером, що накачується зовні. Однак діапазон регулювання короткої довжини хвилі та довжини імпульсу зовнішнього засіяного вільноелектронного лазера обмежений довжиною хвилі та шириною імпульсу насіннєвого лазера. З метою подальшого розширення короткохвильового покриття зовнішнього лазера з вільними електронами насіннєвого типу в останні роки на міжнародному рівні активно розвиваються нові режими роботи лазера з вільними електронами, такі як ехо-гармонічна генерація.
Лазер вільного електрона зовнішнього типу насіння є одним з основних технічних маршрутів для розробки лазерів з високим коефіцієнтом посилення вільних електронів у Китаї, і в даний час всі чотири лазерні пристрої з високим коефіцієнтом посилення вільних електронів у Китаї прийняли режим роботи зовнішнього насіння. На основі Шанхайського лазерного блоку глибокого ультрафіолетового вільного електрона та шанхайського лазерного блоку м'якого рентгенівського вільного електрона вчені досягли першого в світі посилення лазерної емісії вільних електронів ехо-типу та першого посилення насичення вільного електронного лазера ехо-типу в екстремальній ультрафіолетовій смузі. Для подальшого просування зовнішнього лазера вільного електрона насіннєвого типу до більш коротких довжин хвиль дослідницька група самостійно запропонувала новий механізм повністю когерентного лазера вільних електронів з ехо-гармонічним каскадом, який був прийнятий в якості базової схеми шанхайським м'яким рентгенівським лазером з вільним електроном, і завершив весь процес від доказу принципу до м'якого рентгенівського діапазону вихідного світлового посилення. Результати показують, що цей новий механізм має дуже чудові спектральні властивості в порівнянні зі звичайним екзогенним робочим механізмом насіннєвого типу, який додатково перевіряється з точки зору контролю довжини імпульсу та надшвидкої генерації імпульсів за допомогою самостійно розробленої дослідниками надшвидкої методики діагностики рентгенівського імпульсу (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027). Чудова продуктивність цього нового механізму з точки зору контролю довжини імпульсу та надшвидкої генерації імпульсів була додатково продемонстрована використанням надшвидкої методики діагностики рентгенівських імпульсів, розробленої власними силами. Результати досліджень забезпечують практичний шлях генерації повністю когерентних вільноелектронних лазерів на субнометрових довжинах хвиль і забезпечать ідеальні інструменти дослідження для полів рентгенівської нелінійної оптики і надшвидкої фізики.
Як італійська установка FERMI-FEL, так і установка SwissFEL в Швейцарії в даний час пропонують плани подальшого підвищення своїх радіаційних показників за допомогою цього нового механізму. Науково-дослідна робота була підтримана Національною ключовою програмою досліджень і розвитку Китаю, Національною програмою відмінного молодіжного фонду, Національним фондом природничих наук Китаю і Шанхайською програмою талантів.
Ехо-гармонічний каскадний вільноелектронний лазер з відмінними спектральними характеристиками: звичайний каскадний режим зліва, ехо-гармонічний каскадний режим праворуч.
Ехо-гармонічний каскад для регулювання довжини рентгенівського імпульсу і надшвидкої генерації імпульсів.
