完全コヒーレント自由電子レーザーの研究が進展

中国科学院の自由電子レーザー チームは、完全コヒーレント自由電子レーザーの研究で進歩を遂げました。上海軟X線自由電子レーザー施設を基に、中国が提案したエコー高調波カスケード自由電子レーザーの新機構の検証に成功し、優れた性能の軟X線コヒーレント放射が得られた。最近、この結果は「エコー対応高調波カスケード自由電子レーザーからのコヒーレントおよび超短軟 X 線パルス」というタイトルで Optica に掲載されました。

X 線自由電子レーザーは、世界で最も先進的な光源の 1 つです。現在、国際的なX線自由電子レーザーのほとんどは自己増幅自然放出機構（SASE）に基づいており、SASEは非常に高いピーク輝度、フェムトレベルの超短パルス幅など優れた性能を持っていますが、SASE振動はノイズにより、その放射パルスのコヒーレンスと安定性は高くなく、X線帯域の「レーザー」ではありません。国際自由電子レーザーの分野における最も重要な開発方向の 1 つは、従来のレーザー品質で完全にコヒーレントな X 線放射を生成することであり、重要な方法は外部シード自由電子レーザー動作メカニズムを使用することです。外部シード自由電子レーザーの放射はシードレーザーの特性を継承しており、フルコヒーレンス、位相制御、外部ポンプレーザーとの正確な同期などの優れた特性を備えています。ただし、シード レーザーの波長とパルス幅の制限により、外側シード自由電子レーザーの短波長の適用範囲とパルス長の調整範囲は制限されます。外部シード自由電子レーザーの短波長カバレッジをさらに拡大するために、近年、エコー高調波発生などの新しい自由電子レーザー動作モードの開発が世界中で精力的に行われています。

外部シード自由電子レーザーは、中国で高利得自由電子レーザーを開発するための主要な技術ルートの 1 つです。現在、中国にある 4 つの高利得自由電子レーザー装置はすべて外部シード動作モードを採用しています。上海深紫外自由電子レーザー施設と上海軟X線自由電子レーザー施設に基づいて、科学者らは初の国際エコー型自由電子レーザー光増幅と初の極紫外エコー型自由電子レーザー飽和増幅を相次いで達成した。外部シード自由電子レーザーの短波長化をさらに推進するために、研究チームは独自にエコー高調波カスケードを備えた完全コヒーレント自由電子レーザーの新機構を提案し、上海軟X線自由電子レーザー装置に採用された。基本スキームを確立し、原理検証から軟X線帯での光増幅までを完了した。研究結果では、研究者らが独自に開発した超高速X線パルス診断技術（https://doi.org/10.1016）の採用により、従来の外部シード型走行機構と比較して、非常に優れたスペクトル特性を有することが判明した。 /j.fmre.2022.01.027)、パルス長制御と超高速パルス生成におけるこの新しい機構の優れた性能がさらに検証されました。関連する研究結果は、サブナノメートル帯域で完全にコヒーレントな自由電子レーザーを生成する実現可能な技術的道筋を提供し、X線非線形光学および超高速物理化学の分野に理想的な研究ツールを提供することになる。

エコー高調波カスケード自由電子レーザーは優れたスペクトル性能を持っています。左の画像は従来のカスケード モード、右の画像はエコー高調波カスケード モードです。

エコー高調波カスケードによりX線パルス長調整と超高速パルス発生を実現