中国科学院上海高等研究所の自由電子レーザーチームは、完全にコヒーレントな自由電子レーザーの研究を進めてきました。 上海の軟X線自由電子レーザー装置に基づいて、中国が提案したエコーハーモニックカスケード自由電子レーザーの新しいメカニズムが首尾よく検証され、優れた性能の軟X線コヒーレント放射が得られました。関連研究結果は、エコー対応高調波カスケード自由電子レーザーからのコヒーレントおよび超短軟X線パルスというタイトルでOpticaに最近公開されました。
X 線自由電子レーザーは、世界で最も先進的な光源のビッグ サイエンス設備の 1 つです。 国際的なX線自由電子レーザーの大部分は、自己増幅自然放射メカニズム（SASE）に基づいており、SASEは非常に高いピーク輝度とフェムト秒の超短パルス幅などの優れた性能を備えていますが、ノイズ振動によるSASE 、その放射線パルスのコヒーレンスと安定性は高くなく、まだX線バンド「レーザー」ではありません。 自由電子レーザーの分野における最も重要な国際開発の 1 つは、従来のレーザー品質で完全にコヒーレントな X 線放射を生成することであり、これを行う重要な方法は、外部シード型の自由電子レーザー操作メカニズムを使用することです。 外部シード自由電子レーザーの放射は、シードレーザーの特性を継承し、完全なコヒーレンス、位相制御、外部励起レーザーとの正確な同期などの優れた機能を備えています。 しかしながら、外側シード自由電子レーザーの短波長適用範囲およびパルス長調整範囲は、シードレーザーの波長およびパルス幅によって制限される。 アウターシード型自由電子レーザーの短波長範囲をさらに広げるために、エコー高調波発生などの新しい自由電子レーザー動作モードが近年国際的に精力的に開発されています。
アウター シード型自由電子レーザーは、中国における高ゲイン自由電子レーザーの開発の主要な技術ルートの 1 つであり、現在、中国の 4 つの高ゲイン自由電子レーザー デバイスはすべて、アウター シード動作モードを採用しています。 上海深紫外自由電子レーザー ユニットと上海軟 X 線自由電子レーザー ユニットに基づいて、科学者は世界初のエコー型自由電子レーザー発光増幅と最初のエコー型自由電子レーザー飽和増幅を極端に達成しました。紫外線バンド。 アウターシード型自由電子レーザーをさらに短波長化するために、研究チームはエコー高調波カスケードを備えた完全コヒーレント自由電子レーザーの新しい機構を独自に提案し、上海軟X線自由電子レーザーで基本方式として採用されました。原理実証から軟X線帯出射光増幅までを一貫して行いました。 結果は、この新しいメカニズムが従来の外因性シードタイプの動作メカニズムと比較して非常に優れたスペクトル特性を持っていることを示しており、研究者が独自に開発した超高速X線パルスを使用することにより、パルス長制御と超高速パルス生成に関してさらに検証されています。診断技術 (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027)。 パルス長制御と超高速パルス発生に関するこの新しいメカニズムの優れた性能は、社内で開発された超高速X線パルス診断技術の使用によってさらに実証されています。 この研究結果は、サブナノメートルの波長で完全にコヒーレントな自由電子レーザーを生成するための実用的なルートを提供し、X 線非線形光学および超高速物理化学の分野に理想的な研究ツールを提供します。
現在、イタリアの FERMI-FEL 設備とスイスの SwissFEL 設備の両方が、この新しいメカニズムを使用して放射線性能をさらに強化する計画を提案しています。 研究活動は、中国国家重要研究開発プログラム、国家優秀青年基金プログラム、中国国家自然科学基金会、上海人材プログラムによって支援されました。
優れたスペクトル性能を備えたエコー高調波カスケード自由電子レーザー: 左が従来のカスケード モード、右がエコー高調波カスケード モード。
X 線パルス長調整と超高速パルス生成のためのエコー高調波カスケード。
