Nhóm nghiên cứu Laser electron tự do thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã đạt được những tiến bộ trong nghiên cứu laser electron tự do hoàn toàn đồng bộ. Dựa trên Cơ sở Laser electron tự do tia X mềm Thượng Hải, cơ chế laser electron tự do tầng sóng hài hồi âm mới do Trung Quốc đề xuất đã được kiểm chứng thành công, và bức xạ liên hợp tia X mềm với hiệu suất tuyệt vời đã được thu được. Gần đây, kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Optica với tiêu đề Xung tia X mềm đồng bộ và cực ngắn từ laser electron tự do tầng sóng hài hồi âm.
Laser electron tự do tia X là một trong những nguồn sáng tiên tiến nhất trên thế giới. Hiện nay, hầu hết các laser electron tự do tia X quốc tế đều dựa trên cơ chế phát xạ tự phát tự khuếch đại (SASE). SASE có độ sáng đỉnh rất cao và độ rộng xung cực ngắn ở mức femto cùng các hiệu suất tuyệt vời khác, nhưng độ rung SASE do nhiễu, độ kết hợp và độ 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 electron tự do quốc tế là tạo ra bức xạ tia X kết hợp hoàn toàn với chất lượng laser thông thường, và phương pháp quan trọng là sử dụng cơ chế hoạt động của laser electron tự do hạt giống bên ngoài. Bức xạ của laser electron tự do hạt giống bên ngoài kế thừa các đặc tính của laser hạt giống và có các đặc tính tuyệt vời như độ kết hợp hoàn toàn, kiểm soát pha và đồng bộ chính xác với laser bơm bên ngoài. Tuy nhiên, do giới hạn về bước sóng và độ rộng xung của laser hạt giống, phạm vi điều chỉnh bước sóng ngắn và độ dài xung của laser electron tự do hạt giống bên ngoài bị hạn chế. Để mở rộng hơn nữa phạm vi phủ sóng bước sóng ngắn của laser electron tự do hạt giống bên ngoài, các chế độ hoạt động laser electron tự do mới như tạo sóng hài phản hồi đang được phát triển mạnh mẽ trên thế giới trong những năm gần đây.
Laser electron tự do ngoài là một trong những con đường kỹ thuật chính để phát triển laser electron tự do có độ lợi cao ở Trung Quốc. Hiện tại, cả bốn thiết bị laser electron tự do có độ lợi cao ở Trung Quốc đều áp dụng chế độ vận hành hạt giống ngoài. Dựa trên Cơ sở laser electron tự do cực tím sâu Thượng Hải và Cơ sở laser electron tự do tia X mềm Thượng Hải, các nhà khoa học đã lần lượt đạt được khuếch đại ánh sáng laser electron tự do loại tiếng vang quốc tế đầu tiên và khuếch đại bão hòa laser electron tự do loại tiếng vang cực tím đầu tiên. Để thúc đẩy hơn nữa laser electron tự do ngoài đến bước sóng ngắn, nhóm nghiên cứu đã độc lập đề xuất một cơ chế mới của laser electron tự do hoàn toàn kết hợp với tầng sóng hài hồi âm, được thiết bị laser electron tự do tia X mềm Thượng Hải áp dụng làm sơ đồ cơ bản và hoàn thành toàn bộ quá trình từ xác minh nguyên lý đến khuếch đại ánh sáng trong băng tia X mềm. Kết quả nghiên cứu cho thấy so với cơ chế chạy hạt giống bên ngoài truyền thống, cơ chế này có đặc tính quang phổ rất tuyệt vời. Thông qua việc các nhà nghiên cứu độc lập phát triển công nghệ chẩn đoán xung tia X siêu nhanh (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 đã được kiểm chứng thêm. Các kết quả nghiên cứu liên quan cung cấp một lộ trình kỹ thuật khả thi để tạo ra laser electron tự do hoàn toàn đồng bộ trong dải tần dưới nanomet, và sẽ cung cấp một công cụ nghiên cứu lý tưởng cho lĩnh vực quang học phi tuyến tia X và hóa học vật lý siêu nhanh.
Laser electron tự do dạng sóng hài hồi âm có hiệu suất quang phổ tuyệt vời: hình ảnh bên trái là chế độ sóng hài hồi âm thông thường và hình ảnh bên phải là chế độ sóng hài hồi âm
Có thể thực hiện điều chỉnh độ dài xung tia X và tạo xung cực nhanh bằng cách tạo tầng sóng hài hồi âm
Thời gian đăng: 08-10-2023