حقق فريق ليزر الإلكترونات الحرة التابع للأكاديمية الصينية للعلوم تقدمًا في أبحاث ليزرات الإلكترونات الحرة المتماسكة تمامًا. واستنادًا إلى منشأة شنغهاي ليزر الإلكترونات الحرة للأشعة السينية اللينة، تم بنجاح التحقق من الآلية الجديدة التي اقترحتها الصين لليزر الإلكترونات الحرة المتتالية التوافقية الصدى، وتم الحصول على إشعاع متماسك للأشعة السينية اللينة بأداء ممتاز. نُشرت النتائج مؤخرًا في مجلة Optica تحت عنوان "نبضات أشعة سينية ناعمة متماسكة وقصيرة للغاية من ليزرات الإلكترونات الحرة المتتالية التوافقية الصدى".
يُعد ليزر الإلكترون الحر بالأشعة السينية من أكثر مصادر الضوء تطورًا في العالم. حاليًا، تعتمد معظم ليزرات الإلكترون الحر بالأشعة السينية العالمية على آلية الانبعاث التلقائي ذاتية التضخيم (SASE)، التي تتميز بسطوع ذروة عالٍ جدًا وعرض نبضة قصير جدًا بمستوى فيمتو، بالإضافة إلى أداء ممتاز. إلا أن اهتزاز SASE الناتج عن الضوضاء، وتماسك واستقرار نبضة إشعاعه، ليس عاليًا، ولا يُضاهي ليزر نطاق الأشعة السينية. يتمثل أحد أهم اتجاهات التطوير في مجال ليزر الإلكترون الحر الدولي في توليد إشعاع أشعة سينية متماسك تمامًا بجودة الليزر التقليدية، وأهمها استخدام آلية تشغيل ليزر الإلكترون الحر ذي البذور الخارجية. يرث إشعاع ليزر الإلكترون الحر ذي البذور الخارجية خصائص ليزر البذور، ويتميز بخصائص ممتازة مثل التماسك الكامل، والتحكم في الطور، والتزامن الدقيق مع ليزر المضخة الخارجية. ومع ذلك، نظرًا لمحدودية طول موجة ليزر البذور وعرض نبضته، فإن تغطية الطول الموجي القصير ونطاق ضبط طول النبضة في ليزر الإلكترون الحر ذي البذور الخارجية محدودان. من أجل توسيع نطاق تغطية الطول الموجي القصير لليزر الإلكترون الحر الخارجي، يتم تطوير أوضاع تشغيل ليزر الإلكترون الحر الجديدة مثل توليد التوافقيات الصدى بقوة في العالم في السنوات الأخيرة.
يُعد ليزر الإلكترون الحر الخارجي أحد الطرق التقنية الرئيسية لتطوير ليزر الإلكترون الحر عالي الكسب في الصين. في الوقت الحاضر، اعتمدت جميع أجهزة ليزر الإلكترون الحر عالية الكسب الأربعة في الصين وضع التشغيل الخارجي. استنادًا إلى منشأة ليزر الإلكترون الحر العميق بالأشعة فوق البنفسجية في شنغهاي ومنشأة ليزر الإلكترون الحر بالأشعة السينية الناعمة في شنغهاي، حقق العلماء بنجاح أول تضخيم دولي لضوء ليزر الإلكترون الحر من نوع الصدى وأول تضخيم تشبع ليزر الإلكترون الحر من نوع الصدى فوق البنفسجي الشديد. من أجل زيادة تعزيز ليزر الإلكترون الحر الخارجي إلى الطول الموجي القصير، اقترح فريق البحث بشكل مستقل آلية جديدة لليزر الإلكترون الحر المتماسك بالكامل مع سلسلة صدى التوافقيات، والتي اعتمدها جهاز ليزر الإلكترون الحر بالأشعة السينية الناعمة في شنغهاي كمخطط أساسي، وأكملت العملية برمتها من التحقق الأساسي إلى تضخيم الضوء في نطاق الأشعة السينية الناعمة. أظهرت نتائج البحث أنه مقارنةً بآلية التشغيل التقليدية ذات البذور الخارجية، تتميز هذه الآلية بخصائص طيفية ممتازة، وذلك بفضل اعتماد الباحثين على تطوير مستقل لتقنية تشخيص نبضات الأشعة السينية فائقة السرعة (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027). وقد تم التحقق من الأداء المتفوق لهذه الآلية الجديدة في التحكم بطول النبضة وتوليدها بسرعة فائقة. وتوفر نتائج البحث ذات الصلة مسارًا تقنيًا عمليًا لتوليد ليزرات إلكترونية حرة متماسكة تمامًا في نطاق دون النانومتر، وستوفر أداة بحث مثالية في مجالات البصريات غير الخطية للأشعة السينية والكيمياء الفيزيائية فائقة السرعة.
يتميز ليزر الإلكترون الحر المتتالي بالصدى التوافقي بأداء طيفي ممتاز: الصورة اليسرى هي الوضع المتتالي التقليدي، والصورة اليمنى هي الوضع المتتالي بالصدى التوافقي
يمكن تحقيق ضبط طول نبضة الأشعة السينية وتوليد نبضات فائقة السرعة من خلال سلسلة صدى التوافقيات
وقت النشر: ٨ أكتوبر ٢٠٢٣