Hiina Teaduste Akadeemia vabade elektronide laserite meeskond on teinud edusamme täielikult koherentsete vabade elektronide laserite uurimisel. Shanghai pehmete röntgenikiirguse vabade elektronide laserite rajatisel põhineval seadmel on edukalt kontrollitud Hiina välja pakutud uut kajaharmoonilise kaskaadvabade elektronide laseri mehhanismi ning saavutatud on suurepärase jõudlusega pehme röntgenikiirguse koherentne kiirgus. Hiljuti avaldati tulemused ajakirjas Optica pealkirjaga "Koherentsed ja ülilühikesed pehmed röntgenikiirguse impulsid kajavõimeliste harmooniliste kaskaadvabade elektronide laseritest".
Röntgenvabade elektronide laser on üks maailma arenenumaid valgusallikaid. Praegu põhineb enamik rahvusvahelisi röntgenvabade elektronide lasereid isevõimendaval spontaanse emissiooni mehhanismil (SASE). SASE-l on väga kõrge tippheledus ja femto-tasemel ülilühike impulsi laius ning muud suurepärased omadused. Kuid SASE vibratsioon müra tõttu, selle kiirgusimpulsi koherentsus ja stabiilsus ei ole kõrged, mis ei ole röntgenikiirguse "laser". Üks olulisemaid arengusuundi rahvusvahelise vabade elektronide laserite valdkonnas on täielikult koherentse röntgenkiirguse genereerimine tavapärase laseri kvaliteediga ning oluline viis selleks on välise seemnevabade elektronide laseri töömehhanismi kasutamine. Välise seemnevabade elektronide laseri kiirgus pärib seemnelaseri omadusi ning sellel on suurepärased omadused, nagu täielik koherentsus, faasikontroll ja täpne sünkroniseerimine välise pumplaseriga. Seemnelaseri lainepikkuse ja impulsi laiuse piiratuse tõttu on aga välise seemnevabade elektronide laseri lühikese lainepikkuse katvus ja impulsi pikkuse reguleerimisvahemik piiratud. Välise seemnevaba elektronlaseri lühikese lainepikkusega ulatuse edasiseks laiendamiseks on viimastel aastatel maailmas jõuliselt arendatud uusi vaba elektronlaseri töörežiime, näiteks kajaharmooniliste genereerimist.
Välise seemnevaba elektronlaser on üks peamisi tehnilisi viise suure võimendusega vabade elektronide laserite arendamiseks Hiinas. Praegu on kõik neli Hiina suure võimendusega vabade elektronide laserseadet võtnud kasutusele välise seemne töörežiimi. Shanghai sügava ultraviolettkiirguse vabade elektronide laserite rajatise ja Shanghai pehme röntgenkiirguse vabade elektronide laserite rajatise põhjal on teadlased järjestikku saavutanud esimese rahvusvahelise kajatüüpi vabade elektronide laservalguse võimendamise ja esimese äärmusliku ultraviolettkiirguse kajatüüpi vabade elektronide laserküllastuse võimendamise. Välise seemnevaba elektronlaseri edasiseks edendamiseks lühikese lainepikkuse suunas pakkus uurimisrühm iseseisvalt välja uue mehhanismi, mis on täielikult koherentne vabade elektronide laser kajaharmoonilise kaskaadiga, mille Shanghai pehme röntgenkiirguse vabade elektronide laserseade võttis kasutusele põhiskeemina, ja viis läbi kogu protsessi alates põhimõttelisest kontrollimisest kuni valguse võimendamiseni pehmes röntgenikiirguse sagedusalas. Uurimistulemused näitavad, et võrreldes traditsioonilise välise seemnetüüpi jooksumehhanismiga on sellel mehhanismil väga suurepärased spektraalsed omadused tänu teadlaste iseseisvalt väljatöötatud ülikiire röntgenimpulsside diagnoosimise tehnoloogiale (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027). Selle uue mehhanismi suurepärast jõudlust impulsi pikkuse juhtimisel ja ülikiirete impulsside genereerimisel kinnitatakse veelgi. Asjakohased uurimistulemused pakuvad teostatavat tehnilist viisi täielikult koherentsete vabade elektronide laserite genereerimiseks subnanomeetri sagedusalas ning pakuvad ideaalset uurimisvahendit röntgenkiirguse mittelineaarse optika ja ülikiire füüsikalise keemia valdkonnas.
Kajaharmoonilise kaskaadvaba elektronlaseril on suurepärane spektraalne jõudlus: vasakpoolne pilt on tavapärane kaskaadrežiim ja parempoolne pilt on kajaharmoonilise kaskaadrežiim.
Röntgenikiirguse impulsi pikkuse reguleerimine ja ülikiire impulsi genereerimine on teostatav kajaharmoonilise kaskaadi abil
Postituse aeg: 08.10.2023