Команда лазерів на вільних електронах Шанхайського науково-дослідного інституту (SARI) Китайської академії наук (CAS) досягла прогресу в діагностичному дослідженні надшвидких лазерних імпульсів на вільних електронах. Команда запропонувала та підтвердила новий метод одноразової діагностики надшвидких лазерних імпульсів на вільних електронах на основі інтерференційної спектроскопії з власним посиланням, що дає абсолютно нову ідею для вирішення проблеми високоточної діагностики в реальному часі аттосекундної вільної електронні лазери. Відповідні результати дослідження під назвою «Спектральна інтерферометрія з самоприв’язуванням для одноразової характеристики ультракоротких лазерних імпульсів на вільних електронах» були опубліковані в Physical Review Letters (Physical Review Letters.
Для дослідження фундаментальних процесів перетворення матерії в мікроскопічному світі, таких як затримки фотоелектричного випромінювання, рух валентних електронів і перенесення електричного заряд. Атосекундне джерело світла можна використовувати для спостереження та керування рухом електронів усередині атомів і молекул, що допомагає вченим глибше досліджувати хімічні реакції, електронну структуру та молекулярну динаміку, а також має велике значення для матеріалознавства та хімічних досліджень. Останніми роками важливі прориви у фізиці та технології рентгенівського лазера на вільних електронах уможливили генерацію аттосекундних рентгенівських імпульсів із надзвичайно високою піковою яскравістю, що, як очікується, стане революційним інструментом для аттосекундних наукових досліджень. На додаток до генерації аттосекундних імпульсів, повна діагностика інформації в частотно-часовій області аттосекундного рентгенівського лазера на вільних електронах однаково важлива для надшвидких наукових експериментів, і як виконувати високоточну діагностику цієї інформації в реальному часі стало вузьке місце, що обмежує застосування аттосекундного рентгенівського лазера на вільних електронах. Щоб вирішити цю проблему, команда провела систематичну дослідницьку роботу на основі китайського великомасштабного наукового пристрою лазера на вільних електронах.
Схема розміщення та метод частотно-часової реконструкції імпульсів аттосекундного рентгенівського лазера на вільних електронах
В останні роки спектрально-фазова інтерферометрія з прямою реконструкцією електричного поля (SPIDER) стала одним із швидко розвиваються методів імпульсної реконструкції в області надшвидких лазерів. Ключем до цього методу є генерація пари повторних імпульсів із відповідним спектральним зсувом. Цей процес, як правило, вимагає використання нелінійних кристалічних матеріалів, що ускладнює поширення методу на короткі хвилі. У цьому дослідженні пропонується використовувати ефект тяги частоти лазера на вільних електронах для генерації спектральної величини зсуву, і як надшвидкий імпульс випромінювання, так і опорний імпульс генеруються одним і тим же електронним пучком, який спритно реалізує само -еталонна спектральна інтерференція імпульсу випромінювання; застосовуючи алгоритм вейвлет-перетворення для покращення SPIDER, співвідношення сигнал/шум і ефективність реконструкції можна ще більше покращити, і в той же час, використовуючи параметри Shanghai soft-X-ray free -електронно-лазерного пристрою, продемонстровано, що за допомогою цього методу можна точно реконструювати повну інформацію частотно-часової області аттосекундного рентгенівського імпульсу (похибка реконструкції становить менше 6%). Порівняно з методом діагностики надшвидких імпульсів у традиційних лазерних пристроях на вільних електронах цей метод має переваги простоти обладнання, високої ефективності діагностики (в режимі реального часу, одноразовий), отримання повної частотно-часової інформації одночасно, і більш висока точність діагностики з більш короткими імпульсами випромінювання, що забезпечує абсолютно новий діагностичний засіб для оптимізації налагодження надшвидких рентгенівських лазерів на вільних електронах, а також для майбутніх аттосекундних наукових експериментів на основі рентгенівських лазерів на вільних електронах. Результати підсумовані в наступній таблиці.
