تم إحراز تقدم في دراسة ليزر الإلكترون الحر المتماسك بالكامل

حقق فريق ليزر الإلكترون الحر التابع للأكاديمية الصينية للعلوم تقدما في أبحاث ليزر الإلكترون الحر المتماسك بالكامل. استنادًا إلى منشأة شنغهاي لليزر الإلكتروني الخالي من الأشعة السينية الناعمة، تم التحقق بنجاح من الآلية الجديدة لليزر الإلكتروني الخالي من الإلكترون التوافقي التوافقي الذي اقترحته الصين، وتم الحصول على إشعاع متماسك للأشعة السينية الناعمة بأداء ممتاز. نُشرت النتائج مؤخرًا في مجلة Optica تحت عنوان نبضات أشعة سينية ناعمة متماسكة وقصيرة جدًا من أشعة ليزر إلكترونية خالية من الإلكترونات التوافقية الممكّنة بالصدى.

يعد الليزر الإلكتروني الخالي من الأشعة السينية أحد مصادر الضوء الأكثر تقدمًا في العالم. في الوقت الحاضر، تعتمد معظم أجهزة ليزر الإلكترون الحرة للأشعة السينية الدولية على آلية الانبعاث التلقائي ذاتية التضخيم (SASE)، تتمتع SASE بسطوع ذروة مرتفع جدًا وعرض نبض قصير للغاية بمستوى الفيمتو وأداء ممتاز آخر، لكن اهتزاز SASE بالضجيج، فإن تماسك واستقرار نبضتها الإشعاعية ليس عاليا، ليست حزمة الأشعة السينية “الليزر”. أحد أهم اتجاهات التطوير في مجال ليزر الإلكترون الحر العالمي هو توليد إشعاع أشعة سينية متماسك تمامًا بجودة الليزر التقليدية، والطريقة المهمة هي استخدام آلية تشغيل ليزر الإلكترون الحر الخارجي. يرث إشعاع ليزر الإلكترون الخارجي الخالي من البذور خصائص ليزر البذور، وله خصائص ممتازة مثل التماسك الكامل والتحكم في الطور والتزامن الدقيق مع ليزر المضخة الخارجية. ومع ذلك، نظرًا لمحدودية الطول الموجي وعرض النبضة لليزر البذري، فإن تغطية الطول الموجي القصير ونطاق ضبط طول النبضة لليزر الإلكتروني الخالي من البذور الخارجي محدودان. من أجل توسيع تغطية الطول الموجي القصير لليزر الإلكتروني الخالي من البذور الخارجي، تم تطوير أوضاع تشغيل ليزر الإلكترون الحر الجديدة مثل توليد الصدى التوافقي بقوة في العالم في السنوات الأخيرة.

يعد الليزر الإلكتروني الخالي من البذور الخارجي أحد الطرق التقنية الرئيسية لتطوير ليزر الإلكترون الحر عالي الكسب في الصين. في الوقت الحاضر، اعتمدت جميع أجهزة الليزر الإلكترونية ذات الكسب العالي الأربعة في الصين وضع تشغيل البذور الخارجية. واستنادًا إلى منشأة شنغهاي لليزر الإلكتروني الخالي من الأشعة فوق البنفسجية العميقة ومرفق شنغهاي لليزر الإلكتروني الخالي من الأشعة السينية الناعمة، حقق العلماء على التوالي أول تضخيم ضوء ليزر إلكتروني حر من نوع الصدى على المستوى الدولي وأول تضخيم تشبع ليزر إلكتروني خالٍ من الصدى فوق البنفسجي. من أجل زيادة تعزيز ليزر الإلكترون الخارجي الخالي من البذور إلى الطول الموجي القصير، اقترح فريق البحث بشكل مستقل آلية جديدة لليزر الإلكترون الحر المتماسك تمامًا مع سلسلة توافقية الصدى، والتي تم اعتمادها بواسطة جهاز ليزر الإلكترون الحر بالأشعة السينية الناعم في شنغهاي كجهاز المخطط الأساسي، وأكملت العملية برمتها بدءًا من التحقق الأساسي وحتى تضخيم الضوء في نطاق الأشعة السينية الناعمة. تظهر نتائج البحث أنه بالمقارنة مع آلية تشغيل نوع البذور الخارجية التقليدية، تتمتع هذه الآلية بخصائص طيفية ممتازة للغاية، من خلال اعتماد الباحثين على التطوير المستقل لتقنية تشخيص النبض بالأشعة السينية فائقة السرعة (https://doi.org/10.1016) /j.fmre.2022.01.027)، تم التحقق بشكل أكبر من الأداء المتفوق لهذه الآلية الجديدة في التحكم في طول النبض وتوليد النبض فائق السرعة. توفر نتائج الأبحاث ذات الصلة طريقًا تقنيًا ممكنًا لتوليد أشعة ليزر إلكترونية حرة متماسكة تمامًا في النطاق دون النانومتري، وستوفر أداة بحث مثالية في مجالات البصريات غير الخطية للأشعة السينية والكيمياء الفيزيائية فائقة السرعة.

يتمتع ليزر الإلكترون الحر المتتالي الصدى بأداء طيفي ممتاز: الصورة اليسرى هي الوضع المتتالي التقليدي، والصورة اليمنى هي الوضع المتتالي الصدى التوافقي

يمكن تحقيق تعديل طول نبضة الأشعة السينية وتوليد النبض فائق السرعة من خلال سلسلة الصدى التوافقية