มีความก้าวหน้าในการศึกษาเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระที่มีความเชื่อมโยงกันอย่างสมบูรณ์

ทีมงานเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระของ Chinese Academy of Sciences มีความก้าวหน้าในการวิจัยเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระที่มีความเชื่อมโยงกันอย่างสมบูรณ์ ด้วยพื้นฐานจาก Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser Facility กลไกใหม่ของเลเซอร์อิเล็กตรอนแบบไม่มีน้ำตกฮาร์มอนิกที่เสนอโดยจีนได้รับการตรวจสอบเรียบร้อยแล้ว และได้รับการแผ่รังสีเอกซ์เรย์ที่สอดคล้องกันพร้อมประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม เมื่อเร็ว ๆ นี้ ผลการวิจัยได้รับการตีพิมพ์ใน Optica ภายใต้ชื่อ Coherent และพัลส์รังสีเอกซ์แบบอ่อนพิเศษที่สั้นเป็นพิเศษจากเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระแบบฮาร์มอนิกที่เปิดใช้งานเสียงก้อง

เลเซอร์อิเล็กตรอนปลอดรังสีเอกซ์เป็นหนึ่งในแหล่งกำเนิดแสงที่ทันสมัยที่สุดในโลก ในปัจจุบัน เลเซอร์อิเล็กตรอนปลอดรังสีเอกซ์ระหว่างประเทศส่วนใหญ่ใช้กลไกการปล่อยก๊าซธรรมชาติแบบขยายตัวเอง (SASE) SASE มีความสว่างสูงสุดที่สูงมากและมีความกว้างของพัลส์สั้นพิเศษระดับ femto และประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมอื่น ๆ แต่การสั่นสะเทือนของ SASE โดยสัญญาณรบกวน ความสอดคล้องและความเสถียรของพัลส์รังสีนั้นไม่สูง ไม่ใช่ "เลเซอร์" ของแถบรังสีเอกซ์ ทิศทางการพัฒนาที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งในสาขาเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระระดับสากลคือการสร้างรังสีเอกซ์ที่สอดคล้องกันอย่างสมบูรณ์ด้วยคุณภาพเลเซอร์ทั่วไป และวิธีที่สำคัญคือการใช้กลไกการทำงานของเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระแบบไม่มีเมล็ดจากภายนอก การแผ่รังสีของเลเซอร์อิเล็กตรอนไร้เมล็ดภายนอกสืบทอดคุณลักษณะของเลเซอร์เมล็ดพืช และมีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยม เช่น การเชื่อมโยงกันอย่างสมบูรณ์ การควบคุมเฟส และการซิงโครไนซ์ที่แม่นยำกับเลเซอร์ปั๊มภายนอก อย่างไรก็ตาม เนื่องจากข้อจำกัดของความยาวคลื่นและความกว้างพัลส์ของเลเซอร์เมล็ด การครอบคลุมความยาวคลื่นสั้นและช่วงการปรับความยาวพัลส์ของเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระแบบเมล็ดด้านนอกจึงมีจำกัด เพื่อขยายการครอบคลุมความยาวคลื่นสั้นของเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระแบบเมล็ดภายนอก โหมดการทำงานของเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระแบบใหม่ เช่น การสร้างฮาร์มอนิกแบบสะท้อนก้องกำลังได้รับการพัฒนาอย่างจริงจังในโลกในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา

เลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระแบบไม่มีเมล็ดภายนอกเป็นหนึ่งในเส้นทางทางเทคนิคหลักในการพัฒนาเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระที่มีอัตราขยายสูงในประเทศจีน ปัจจุบัน อุปกรณ์เลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระที่มีอัตราขยายสูงทั้ง 4 เครื่องในประเทศจีนได้ใช้โหมดการทำงานของเมล็ดพืชภายนอก จากการใช้เครื่องเลเซอร์อิเล็กตรอนปลอดรังสีอัลตราไวโอเลต Deep Deep ของเซี่ยงไฮ้ และเครื่องเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระด้วยรังสีเอกซ์แบบ Soft X-ray ของเซี่ยงไฮ้ นักวิทยาศาสตร์ประสบความสำเร็จอย่างต่อเนื่องในการขยายแสงเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระชนิดสะท้อนระดับนานาชาติเป็นครั้งแรก และการขยายความอิ่มตัวของเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระชนิดสะท้อนรังสีอัลตราไวโอเลตขั้นรุนแรงครั้งแรก เพื่อที่จะส่งเสริมเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระแบบไม่มีเมล็ดภายนอกให้มีความยาวคลื่นสั้น ทีมวิจัยได้เสนอกลไกใหม่ของเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระที่มีความสอดคล้องกันอย่างสมบูรณ์พร้อมน้ำตกฮาร์มอนิกแบบสะท้อน ซึ่งถูกนำมาใช้โดยอุปกรณ์เลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระ X-ray ของ Shanghai Soft แบบแผนพื้นฐาน และเสร็จสิ้นกระบวนการทั้งหมดตั้งแต่การตรวจสอบหลักการไปจนถึงการขยายแสงในแถบเอ็กซ์เรย์แบบอ่อน ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าเมื่อเปรียบเทียบกับกลไกการวิ่งประเภทเมล็ดพันธุ์ภายนอกแบบดั้งเดิม กลไกนี้มีลักษณะสเปกตรัมที่ยอดเยี่ยมมาก โดยการนำนักวิจัยด้านการพัฒนาเทคโนโลยีการวินิจฉัยชีพจรด้วยรังสีเอกซ์ที่เร็วเป็นพิเศษมาใช้ (https://doi.org/10.1016 /j.fmre.2022.01.027) ประสิทธิภาพที่เหนือกว่าของกลไกใหม่ในการควบคุมความยาวพัลส์และการสร้างพัลส์ที่เร็วเป็นพิเศษได้รับการตรวจสอบเพิ่มเติม ผลการวิจัยที่เกี่ยวข้องเป็นแนวทางทางเทคนิคที่เป็นไปได้สำหรับการสร้างเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระที่เชื่อมโยงกันอย่างสมบูรณ์ในย่านความถี่ต่ำกว่านาโนเมตร และจะเป็นเครื่องมือวิจัยที่เหมาะสำหรับสาขาทัศนศาสตร์เอ็กซ์เรย์ไม่เชิงเส้นและเคมีกายภาพที่มีความเร็วมากเป็นพิเศษ

เลเซอร์อิเล็กตรอนแบบไม่มีคาสเคดแบบเอคโคฮาร์มอนิกมีประสิทธิภาพทางสเปกตรัมที่ยอดเยี่ยม: ภาพด้านซ้ายคือโหมดคาสเคดแบบธรรมดา และภาพด้านขวาคือโหมดคาสเคดแบบฮาร์มอนิกแบบเอคโค่

การปรับความยาวพัลส์รังสีเอกซ์และการสร้างพัลส์ที่เร็วเป็นพิเศษสามารถทำได้โดยการลดระดับฮาร์มอนิกแบบสะท้อน