El equipo de Láseres de Electrones Libres de la Academia China de Ciencias ha avanzado en la investigación de láseres de electrones libres totalmente coherentes. Con base en la Instalación de Láseres de Electrones Libres de Rayos X Suaves de Shanghái, se ha verificado con éxito el nuevo mecanismo de láser de electrones libres en cascada armónica con eco, propuesto por China, y se ha obtenido una radiación coherente de rayos X suaves con un excelente rendimiento. Recientemente, los resultados se publicaron en Optica bajo el título "Pulsos de rayos X suaves coherentes y ultracortos a partir de láseres de electrones libres en cascada armónica con eco habilitado".
El láser de electrones libres de rayos X es una de las fuentes de luz más avanzadas del mundo. Actualmente, la mayoría de los láseres de electrones libres de rayos X internacionales se basan en el mecanismo de emisión espontánea autoamplificada (SASE). Este láser ofrece un brillo de pico muy alto, un ancho de pulso ultracorto de nivel femto y un rendimiento excelente. Sin embargo, la vibración por ruido, la coherencia y la estabilidad de su pulso de radiación no son altas, lo que lo convierte en un láser de banda de rayos X. Una de las principales líneas de desarrollo en el campo de los láseres de electrones libres internacionales es generar radiación de rayos X totalmente coherente con la calidad de un láser convencional, utilizando el mecanismo operativo de un láser de electrones libres de semilla externa. La radiación de este láser hereda las características del láser de semilla y presenta excelentes características como coherencia total, control de fase y sincronización precisa con el láser de bombeo externo. Sin embargo, debido a las limitaciones de la longitud de onda y el ancho de pulso del láser de semilla, la cobertura de longitud de onda corta y el rango de ajuste de la longitud de pulso del láser de electrones libres de semilla externa son limitados. Con el fin de ampliar aún más la cobertura de longitud de onda corta del láser de electrones libres de semillas externas, en los últimos años se han desarrollado vigorosamente en el mundo nuevos modos de funcionamiento del láser de electrones libres, como la generación de armónicos de eco.
El láser de electrones libres de semilla externa es una de las principales rutas técnicas para desarrollar láseres de electrones libres de alta ganancia en China. En la actualidad, los cuatro dispositivos láser de electrones libres de alta ganancia en China han adoptado el modo de operación de semilla externa. Basándose en la Instalación de Láser de Electrones Libres Ultravioleta Profundo de Shanghái y la Instalación de Láser de Electrones Libres de Rayos X Suaves de Shanghái, los científicos han logrado sucesivamente la primera amplificación de luz de láser de electrones libres de tipo eco internacional y la primera amplificación de saturación de láser de electrones libres de tipo eco ultravioleta extremo. Para promover aún más el láser de electrones libres de semilla externa a la longitud de onda corta, el equipo de investigación propuso de forma independiente un nuevo mecanismo de láser de electrones libres totalmente coherente con cascada armónica de eco, que fue adoptado por el dispositivo Láser de Electrones Libres de Rayos X Suaves de Shanghái como esquema básico, y completó todo el proceso desde la verificación del principio hasta la amplificación de luz en la banda de rayos X suaves. Los resultados de la investigación muestran que, en comparación con el mecanismo tradicional de funcionamiento de tipo semilla externa, este mecanismo presenta características espectrales excelentes. Gracias a la adopción de la tecnología de diagnóstico de pulsos de rayos X ultrarrápidos (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027), desarrollada independientemente por investigadores, se confirma aún más el rendimiento superior de este nuevo mecanismo en el control de la longitud de pulso y la generación de pulsos ultrarrápidos. Los resultados de la investigación proporcionan una vía técnica viable para la generación de láseres de electrones libres totalmente coherentes en la banda subnanómetro, y constituirán una herramienta de investigación ideal para los campos de la óptica no lineal de rayos X y la fisicoquímica ultrarrápida.
El láser de electrones libres en cascada armónica de eco tiene un excelente rendimiento espectral: la imagen de la izquierda es el modo de cascada convencional y la imagen de la derecha es el modo de cascada armónica de eco.
El ajuste de la longitud del pulso de rayos X y la generación de pulsos ultrarrápidos se pueden lograr mediante una cascada armónica de eco.
Hora de publicación: 08-oct-2023