Nhóm nghiên cứu laser điện tử tự do của Viện Nghiên cứu Cao cấp Thượng Hải thuộc Viện Khoa học Trung Quốc đã đạt được tiến bộ trong việc nghiên cứu laser điện tử tự do hoàn toàn kết hợp. Dựa trên thiết bị laser điện tử tự do tia X mềm ở Thượng Hải, cơ chế mới của laser điện tử tự do sóng âm sóng hài do Trung Quốc đề xuất đã được xác minh thành công và thu được bức xạ kết hợp tia X mềm với hiệu suất tuyệt vời. kết quả gần đây đã được công bố trên tạp chí Optica với tiêu đề Các xung tia X mềm mạch lạc và cực ngắn từ các laser điện tử tự do sóng hài có kích hoạt tiếng vọng.
Laser electron tự do tia X là một trong những công trình khoa học lớn có nguồn sáng tiên tiến nhất trên thế giới. Phần lớn các laser điện tử tự do tia X quốc tế dựa trên cơ chế bức xạ tự khuếch đại (SASE), SASE có độ sáng đỉnh rất cao và độ rộng xung cực ngắn femto giây và hiệu suất tuyệt vời khác, nhưng SASE do nhiễu rung , tính liên kết và ổn định xung bức xạ của nó chưa cao, chưa phải là "tia laser" của dải tia X. Một trong những phát triển quốc tế quan trọng nhất trong lĩnh vực laser điện tử tự do là việc tạo ra bức xạ tia X kết hợp hoàn toàn với chất lượng laser thông thường, và một cách quan trọng để thực hiện điều này là sử dụng cơ chế vận hành laser điện tử tự do loại hạt bên ngoài. Bức xạ của laser điện tử tự do hạt bên ngoài kế thừa các đặc tính của laser hạt giống, với các tính năng tuyệt vời như tính kết hợp hoàn toàn, điều khiển pha và đồng bộ hóa chính xác với tia laser được bơm bên ngoài. Tuy nhiên, phạm vi bao phủ bước sóng ngắn và phạm vi điều chỉnh độ dài xung của laser electron tự do có hạt bên ngoài bị giới hạn bởi bước sóng và độ rộng xung của laser hạt. Để mở rộng hơn nữa phạm vi phủ sóng bước sóng ngắn của laser điện tử tự do loại hạt bên ngoài, các chế độ hoạt động của laser điện tử tự do mới như tạo sóng hài tiếng vọng đang được phát triển mạnh mẽ trên toàn thế giới trong những năm gần đây.
Laser electron tự do loại hạt ngoài là một trong những lộ trình kỹ thuật chính để phát triển laser electron tự do độ lợi cao ở Trung Quốc, và hiện tại cả bốn thiết bị laser electron tự do độ lợi cao ở Trung Quốc đã áp dụng chế độ hoạt động hạt ngoài. Dựa trên Đơn vị laser điện tử không tia cực tím sâu Thượng Hải và Đơn vị laser điện tử tự do tia X mềm Thượng Hải, các nhà khoa học đã đạt được khả năng khuếch đại phát xạ laser điện tử tự do loại tiếng vọng đầu tiên trên thế giới và khuếch đại bão hòa laser điện tử tự do loại tiếng vọng đầu tiên ở cực dải cực tím. Để nâng cao hơn nữa laser điện tử tự do loại hạt bên ngoài lên bước sóng ngắn hơn, nhóm nghiên cứu đã độc lập đề xuất một cơ chế mới của laser điện tử tự do kết hợp hoàn toàn với dòng sóng hài tiếng vọng, được sử dụng làm sơ đồ cơ bản bởi laser điện tử tự do tia X mềm Thượng Hải và hoàn thành toàn bộ quá trình từ chứng minh nguyên lý đến khuếch đại ánh sáng đầu ra của dải tia X mềm. Kết quả cho thấy cơ chế mới này có các đặc tính quang phổ rất vượt trội so với cơ chế hoạt động kiểu hạt giống ngoại sinh thông thường, được xác nhận thêm về điều khiển độ dài xung và tạo xung cực nhanh bằng cách sử dụng xung tia X siêu nhanh do các nhà nghiên cứu tự phát triển. kỹ thuật chẩn đoán (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027). Hiệu suất vượt trội của cơ chế mới này về kiểm soát độ dài xung và tạo xung cực nhanh đã được chứng minh thêm bằng việc sử dụng kỹ thuật chẩn đoán xung tia X siêu nhanh được phát triển trong nhà. Các kết quả nghiên cứu cung cấp một lộ trình thực tế để tạo ra các laser điện tử tự do liên kết hoàn toàn ở các bước sóng dưới nanomet và sẽ cung cấp các công cụ nghiên cứu lý tưởng cho các lĩnh vực quang học phi tuyến tia X và hóa lý cực nhanh.
Cả cơ sở lắp đặt FERMI-FEL của Ý và cơ sở lắp đặt SwissFEL ở Thụy Sĩ hiện đang đề xuất các kế hoạch để nâng cao hơn nữa hiệu suất bức xạ của họ bằng cách sử dụng cơ chế mới này. Công trình nghiên cứu được hỗ trợ bởi Chương trình Nghiên cứu và Phát triển Trọng điểm Quốc gia Trung Quốc, Chương trình Quỹ Thanh niên Xuất sắc Quốc gia, Quỹ Khoa học Tự nhiên Quốc gia Trung Quốc và Chương trình Nhân tài Thượng Hải.
Laser điện tử tự do bậc sóng âm hưởng sóng hài với hiệu suất quang phổ tuyệt vời: chế độ xếp tầng thông thường ở bên trái, chế độ thác sóng hài âm vọng ở bên phải.
Dòng sóng hài tiếng vọng để điều chỉnh độ dài xung tia X và tạo xung cực nhanh.
