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. Basándose en la Instalación de Láseres de Electrones Libres de Rayos X Blandos de Shanghái, se ha verificado con éxito el nuevo mecanismo de láser de electrones libres de cascada armónica de eco propuesto por China, obteniéndose radiación coherente de rayos X blandos con un rendimiento excelente. Recientemente, los resultados se publicaron en Optica bajo el título "Pulsos de rayos X blandos coherentes y ultracortos de láseres de electrones libres de cascada armónica con eco".
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). El SASE presenta un brillo máximo muy alto, un ancho de pulso ultracorto a nivel de femtosegundos y otras excelentes prestaciones. Sin embargo, debido a la vibración causada por el ruido, la coherencia y la estabilidad de su pulso de radiación no son elevadas, por lo que no se trata de un láser de banda de rayos X. Una de las direcciones de desarrollo más importantes 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, y la vía principal consiste en utilizar el mecanismo de operación de un láser de electrones libres con semilla externa. La radiación de este láser hereda las características del láser semilla y posee excelentes propiedades como coherencia total, control de fase y sincronización precisa con el láser de bombeo externo. No obstante, debido a la limitación de la longitud de onda y el ancho de pulso del láser semilla, la cobertura de longitud de onda corta y el rango de ajuste de la duración del pulso del láser de electrones libres con semilla externa son limitados. Con el fin de ampliar aún más la cobertura de longitud de onda corta del láser de electrones libres de semilla externa, en los últimos años se están desarrollando activamente en todo el mundo nuevos modos de funcionamiento del láser de electrones libres, como la generación de armónicos de eco.
El láser de electrones libres con semilla externa es una de las principales vías técnicas para el desarrollo de láseres de electrones libres de alta ganancia en China. Actualmente, los cuatro dispositivos láser de electrones libres de alta ganancia en China han adoptado el modo de operación con 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 Blandos 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 impulsar aún más el láser de electrones libres con semilla externa hacia longitudes de onda cortas, 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 blandos 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 blandos. Los resultados de la investigación demuestran que, en comparación con el mecanismo tradicional de generación de pulsos externos, este mecanismo presenta excelentes características espectrales. Mediante la adopción de la tecnología de diagnóstico de pulsos de rayos X ultrarrápidos desarrollada de forma independiente por los investigadores (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027), se verifica aún más el rendimiento superior de este nuevo mecanismo en el control de la duración del pulso y la generación de pulsos ultrarrápidos. Los resultados de la investigación proporcionan una ruta técnica viable para la generación de láseres de electrones libres totalmente coherentes en la banda subnanométrica 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 de cascada armónica de eco tiene un rendimiento espectral excelente: 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 duración del pulso de rayos X y la generación de pulsos ultrarrápidos se pueden lograr mediante la cascada armónica de eco.
Fecha de publicación: 8 de octubre de 2023