Nhóm nghiên cứu Laser điện tử tự do thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã đạt được những tiến bộ trong nghiên cứu về laser điện tử tự do hoàn toàn kết hợp. Dựa trên Cơ sở Laser điện tử tự do tia X mềm Thượng Hải, cơ chế mới về laser điện tử tự do thác hài hòa dội âm do Trung Quốc đề xuất đã được kiểm chứng thành công, và bức xạ tia X mềm kết hợp với hiệu suất tuyệt vời đã được thu được. Gần đây, các kết quả đã được công bố trên tạp chí Optica với tiêu đề "Các xung tia X mềm kết hợp và cực ngắn từ laser điện tử tự do thác hài hòa có khả năng dội âm".
Laser điện tử tự do tia X là một trong những nguồn sáng tiên tiến nhất trên thế giới. Hiện nay, hầu hết các laser điện tử tự do tia X trên thế giới đều dựa trên cơ chế phát xạ tự khuếch đại (SASE). SASE có độ sáng đỉnh rất cao, độ rộng xung cực ngắn ở mức femto và các hiệu suất tuyệt vời khác, nhưng SASE bị rung bởi nhiễu, độ kết dính và ổn định của xung bức xạ không cao, không phải là “laser” dải tia X. Một trong những hướng phát triển quan trọng nhất trong lĩnh vực laser điện tử tự do quốc tế là tạo ra bức xạ tia X hoàn toàn kết dính với chất lượng laser thông thường, và cách quan trọng là sử dụng cơ chế hoạt động laser điện tử tự do có nguồn phát ngoài. Bức xạ của laser điện tử tự do có nguồn phát ngoài kế thừa các đặc điểm của laser nguồn, và có các đặc điểm tuyệt vời như độ kết dính hoàn toàn, điều khiển pha và đồng bộ chính xác với laser bơm ngoài. Tuy nhiên, do hạn chế về bước sóng và độ rộng xung của laser nguồn, phạm vi phủ sóng bước sóng ngắn và phạm vi điều chỉnh độ dài xung của laser điện tử tự do có nguồn phát ngoài bị hạn chế. Để mở rộng hơn nữa phạm vi bước sóng ngắn của laser điện tử tự do sử dụng nguồn phát ngoài, các chế độ hoạt động laser điện tử tự do mới như tạo sóng hài dội lại đang được phát triển mạnh mẽ trên thế giới trong những năm gần đây.
Laser điện tử tự do sử dụng nguồn kích thích ngoài là một trong những hướng công nghệ chính để phát triển laser điện tử tự do có độ khuếch đại cao ở Trung Quốc. Hiện nay, cả bốn thiết bị laser điện tử tự do có độ khuếch đại cao ở Trung Quốc đều sử dụng chế độ hoạt động nguồn kích thích ngoài. Dựa trên Cơ sở Laser điện tử tự do tia cực tím sâu Thượng Hải và Cơ sở Laser điện tử tự do tia X mềm Thượng Hải, các nhà khoa học đã lần lượt đạt được sự khuếch đại ánh sáng laser điện tử tự do kiểu dội âm đầu tiên trên thế giới và sự khuếch đại bão hòa laser điện tử tự do kiểu dội âm tia cực tím cực mạnh đầu tiên. Để tiếp tục thúc đẩy laser điện tử tự do sử dụng nguồn kích thích ngoài hướng tới bước sóng ngắn, nhóm nghiên cứu đã độc lập đề xuất một cơ chế mới cho laser điện tử tự do hoàn toàn kết hợp với tầng sóng hài dội âm, được thiết bị Laser điện tử tự do tia X mềm Thượng Hải áp dụng làm phương án cơ bản, và hoàn thành toàn bộ quy trình từ kiểm chứng nguyên lý đến khuếch đại ánh sáng trong dải tia X mềm. Kết quả nghiên cứu cho thấy, so với cơ chế vận hành kiểu hạt giống bên ngoài truyền thống, cơ chế này có đặc tính quang phổ rất xuất sắc. Thông qua việc áp dụng công nghệ chẩn đoán xung tia X siêu nhanh do các nhà nghiên cứu tự phát triển (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027), hiệu suất vượt trội của cơ chế mới này trong việc kiểm soát độ dài xung và tạo xung siêu nhanh được xác minh thêm. Các kết quả nghiên cứu liên quan cung cấp một lộ trình kỹ thuật khả thi cho việc tạo ra laser điện tử tự do hoàn toàn kết hợp trong dải tần dưới nanomet, và sẽ cung cấp một công cụ nghiên cứu lý tưởng cho các lĩnh vực quang học phi tuyến tia X và hóa lý siêu nhanh.
Laser điện tử tự do thác sóng hài dội có hiệu suất quang phổ tuyệt vời: hình bên trái là chế độ thác sóng hài thông thường, và hình bên phải là chế độ thác sóng hài dội.
Việc điều chỉnh độ dài xung tia X và tạo xung siêu nhanh có thể được thực hiện bằng phương pháp tầng sóng hài dội lại.
Thời gian đăng bài: 08/10/2023