L'équipe laser à électrons libres de l'Institut d'études avancées de Shanghai de l'Académie chinoise des sciences a fait des progrès dans la recherche de lasers à électrons libres entièrement cohérents. Basé sur le dispositif laser à rayons X mous à électrons libres de Shanghai, le nouveau mécanisme de laser à électrons libres à cascade écho-harmonique proposé par la Chine a été vérifié avec succès et le rayonnement cohérent à rayons X mous avec d'excellentes performances a été obtenu. La recherche pertinente les résultats ont été récemment publiés dans Optica sous le titre Coherent and ultra-short soft X-ray pulses from echo-enabled harmonic cascade free-electron lasers.
Le laser à électrons libres de rayons X est l'une des grandes installations scientifiques à source lumineuse les plus avancées au monde. La grande majorité des lasers à électrons libres à rayons X internationaux sont basés sur le mécanisme de rayonnement spontané auto-amplificateur (SASE), SASE a une luminosité de crête très élevée et une largeur d'impulsion ultra-courte femtoseconde et d'autres excellentes performances, mais SASE par le bruit vibration , sa cohérence et sa stabilité d'impulsion de rayonnement ne sont pas élevées, pas encore la bande de rayons X "laser". L'un des développements internationaux les plus importants dans le domaine des lasers à électrons libres est la génération d'un rayonnement X entièrement cohérent avec une qualité laser conventionnelle, et un moyen important d'y parvenir est d'utiliser un mécanisme de fonctionnement de laser à électrons libres de type graine externe. Le rayonnement du laser à électrons libres à amorçage externe hérite des caractéristiques du laser à amorçage, avec d'excellentes caractéristiques telles qu'une cohérence totale, un contrôle de phase et une synchronisation précise avec le laser à pompage externe. Cependant, la couverture de longueur d'onde courte et la plage de réglage de la longueur d'impulsion du laser à électrons libres à germe externe sont limitées par la longueur d'onde et la largeur d'impulsion du laser à germe. Afin d'étendre davantage la couverture de courte longueur d'onde du laser à électrons libres de type germe externe, de nouveaux modes de fonctionnement du laser à électrons libres tels que la génération d'écho-harmoniques sont vigoureusement développés au niveau international ces dernières années.
Le laser à électrons libres de type graine externe est l'une des principales voies techniques pour le développement de lasers à électrons libres à gain élevé en Chine, et à l'heure actuelle, les quatre dispositifs laser à électrons libres à gain élevé en Chine ont adopté le mode de fonctionnement de graine externe. Sur la base de l'unité laser à électrons libres dans les ultraviolets profonds de Shanghai et de l'unité laser à électrons libres à rayons X mous de Shanghai, les scientifiques ont réalisé la première amplification d'émission laser à électrons libres de type écho au monde et la première amplification de saturation par laser à électrons libres de type écho dans l'extrême bande ultraviolette. Pour faire progresser le laser à électrons libres de type graine externe vers des longueurs d'onde plus courtes, l'équipe de recherche a proposé de manière indépendante un nouveau mécanisme de laser à électrons libres entièrement cohérent avec cascade harmonique d'écho, qui a été adopté comme schéma de base par le laser à électrons libres à rayons X mous de Shanghai. appareil, et a terminé l'ensemble du processus de la preuve de principe à l'amplification de la lumière sortante de la bande de rayons X mous. Les résultats montrent que ce nouveau mécanisme a des propriétés spectrales très supérieures par rapport au mécanisme de fonctionnement de type graine exogène conventionnel, qui est encore validé en termes de contrôle de la longueur d'impulsion et de génération d'impulsions ultrarapides en utilisant l'impulsion de rayons X ultrarapide auto-développée par les chercheurs. technique diagnostique (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027). Les performances supérieures de ce nouveau mécanisme en termes de contrôle de la durée d'impulsion et de génération d'impulsions ultrarapides ont été démontrées par l'utilisation d'une technique de diagnostic d'impulsions par rayons X ultrarapide développée en interne. Les résultats de la recherche fournissent une voie pratique pour générer des lasers à électrons libres entièrement cohérents à des longueurs d'onde inférieures au nanomètre et fourniront des outils de recherche idéaux pour les domaines de l'optique non linéaire à rayons X et de la physicochimie ultrarapide.
L'installation italienne FERMI-FEL et l'installation SwissFEL en Suisse proposent actuellement des plans pour améliorer encore leurs performances de rayonnement à l'aide de ce nouveau mécanisme. Les travaux de recherche ont été soutenus par le programme national clé de recherche et de développement de Chine, le programme National Excellent Youth Fund, la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine et le programme Shanghai Talent.
Laser à électrons libres à cascade écho-harmonique avec d'excellentes performances spectrales : mode cascade classique à gauche, mode cascade écho-harmonique à droite.
Cascade harmonique d'écho pour le réglage de la longueur d'impulsion des rayons X et la génération d'impulsions ultrarapides.
