A equipe de lasers de elétrons livres da Academia Chinesa de Ciências fez progressos na pesquisa de lasers de elétrons livres totalmente coerentes. Com base na Instalação de Laser de Elétrons Livres de Raios X Moles de Xangai, o novo mecanismo de laser de elétrons livres em cascata harmônica de eco proposto pela China foi verificado com sucesso, e a radiação coerente de raios X moles com excelente desempenho foi obtida. Recentemente, os resultados foram publicados na revista Optica sob o título "Pulsos coerentes e ultracurtos de raios X moles de lasers de elétrons livres em cascata harmônica habilitados por eco".
O laser de elétrons livres de raios X é uma das fontes de luz mais avançadas do mundo. Atualmente, a maioria dos lasers de elétrons livres de raios X internacionais baseia-se no mecanismo de emissão espontânea autoamplificada (SASE). O SASE apresenta um brilho de pico muito alto e uma largura de pulso ultracurta em nível de femtosegundo, entre outras excelentes características. No entanto, a vibração causada pelo ruído do SASE resulta em baixa coerência e estabilidade do pulso de radiação, o que o torna inadequado para operar na faixa de raios X. Uma das principais direções de desenvolvimento no campo dos lasers de elétrons livres internacionais é a geração de radiação de raios X totalmente coerente com a qualidade de lasers convencionais, e uma maneira importante de alcançar esse objetivo é utilizar o mecanismo de operação com laser de elétrons livres de semente externa. A radiação gerada por um laser de elétrons livres de semente externa herda as características do laser de semente e apresenta excelentes propriedades, como coerência completa, controle de fase e sincronização precisa com o laser de bombeamento externo. Contudo, devido às limitações de comprimento de onda e largura de pulso do laser de semente, a cobertura de comprimentos de onda curtos e a faixa de ajuste da duração do pulso do laser de elétrons livres de semente externa são limitadas. Para ampliar ainda mais a cobertura de comprimentos de onda curtos do laser de elétrons livres com semente externa, novos modos de operação de laser de elétrons livres, como a geração de harmônicos de eco, estão sendo vigorosamente desenvolvidos em todo o mundo nos últimos anos.
O laser de elétrons livres com semente externa é uma das principais rotas técnicas para o desenvolvimento de lasers de elétrons livres de alto ganho na China. Atualmente, todos os quatro dispositivos de laser de elétrons livres de alto ganho na China adotam o modo de operação com semente externa. Com base na Instalação de Laser de Elétrons Livres no Ultravioleta Profundo de Xangai e na Instalação de Laser de Elétrons Livres em Raios X Moles de Xangai, os cientistas alcançaram sucessivamente a primeira amplificação de luz de laser de elétrons livres do tipo eco internacional e a primeira amplificação de saturação de laser de elétrons livres do tipo eco no ultravioleta extremo. Para promover ainda mais o laser de elétrons livres com semente externa para comprimentos de onda curtos, a equipe de pesquisa propôs independentemente um novo mecanismo de laser de elétrons livres totalmente coerente com cascata harmônica de eco, que foi adotado pelo dispositivo de laser de elétrons livres em raios X moles de Xangai como esquema básico, e completou todo o processo, desde a verificação do princípio até a amplificação de luz na faixa de raios X moles. Os resultados da pesquisa mostram que, em comparação com o mecanismo tradicional de geração de pulsos com sementes externas, este mecanismo apresenta características espectrais muito superiores. Isso foi comprovado pela adoção da tecnologia de diagnóstico de pulsos de raios X ultrarrápidos desenvolvida independentemente pelos pesquisadores (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027). O desempenho superior deste novo mecanismo no controle da duração do pulso e na geração de pulsos ultrarrápidos foi ainda mais evidenciado. Os resultados da pesquisa fornecem uma rota técnica viável para a geração de lasers de elétrons livres totalmente coerentes na faixa subnanométrica e constituirão uma ferramenta de pesquisa ideal para os campos da óptica não linear de raios X e da físico-química ultrarrápida.
O laser de elétrons livres em cascata harmônica de eco apresenta excelente desempenho espectral: a imagem da esquerda mostra o modo de cascata convencional e a imagem da direita mostra o modo de cascata harmônica de eco.
O ajuste da duração do pulso de raios X e a geração de pulsos ultrarrápidos podem ser realizados por meio de cascata harmônica de eco.
Data da publicação: 08/10/2023