中國(guó)科學(xué)報(bào):科學(xué)家提出電子束相干能量調(diào)制自放大機(jī)制
文章來源:上海高等研究院 | 發(fā)布時(shí)間:2021-03-04 | 【打印】 【關(guān)閉】
中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院和中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所自由電子激光團(tuán)隊(duì),提出了一種相干能量調(diào)制的自放大機(jī)制,并且基于上海軟X射線自由電子激光裝置完成了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。研究表明,這種新機(jī)制可以極大降低外種子自由電子激光對(duì)外種子激光的功率需求,解決了外種子自由電子激光通往高重復(fù)頻率運(yùn)行的關(guān)鍵問題。相關(guān)成果近日發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》。
自由電子激光利用相對(duì)論電子束產(chǎn)生具有極高亮度的飛秒至阿秒級(jí)X射線脈沖,目前已經(jīng)成為原子分子物理、材料科學(xué)和生命科學(xué)等許多領(lǐng)域的關(guān)鍵工具。外種子自由電子激光利用外部種子激光對(duì)電子束團(tuán)引入相干能量調(diào)制,從而產(chǎn)生高穩(wěn)定性、全相干的自由電子激光脈沖。然而,現(xiàn)有運(yùn)行模式對(duì)種子激光的性能需求,尤其是高峰值功率需求,成為了外種子自由電子激光通往高重復(fù)頻率運(yùn)行的瓶頸。
此次,研究人員提出利用電子束團(tuán)的自調(diào)制來放大初始的相干能量調(diào)制,從而將外部種子激光的峰值功率需求放松1~2個(gè)量級(jí)。同時(shí),利用上海軟X射線自由電子激光裝置成功演示了對(duì)種子激光峰值功率需求10~25倍的放松。實(shí)驗(yàn)中,266納米種子激光僅僅引入了1.8倍切片能散的能量調(diào)制,通過自放大,實(shí)現(xiàn)了單級(jí)HGHG在種子激光的7次諧波放大出光,兩級(jí)級(jí)聯(lián)HGHG在種子激光的30次諧波放大出光。這是目前國(guó)際上“工作諧波數(shù)/激光調(diào)制幅度”效率最高的外種子自由電子激光放大結(jié)果。該結(jié)果為兆赫茲級(jí)重復(fù)頻率的外種子自由電子激光鋪平了道路,有望為時(shí)間分辨譜學(xué)和極紫外光刻等技術(shù)帶來新的突破。
“自放大機(jī)制在上海軟X射線自由電子激光裝置的成功實(shí)驗(yàn)運(yùn)行,對(duì)自由電子激光等大科學(xué)裝置發(fā)展具有重要意義和實(shí)用價(jià)值?!敝袊?guó)工程院院士、論文共同通訊作者趙振堂告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》,自放大機(jī)制可以成為連續(xù)波超導(dǎo)加速器驅(qū)動(dòng)的下一代外種子型光源的標(biāo)準(zhǔn)模式,在提升外種子自由電子激光穩(wěn)定性、拓展工作波長(zhǎng)及超快脈沖產(chǎn)生等方面有潛在的重要應(yīng)用前景。
相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.084801
(原載于《中國(guó)科學(xué)報(bào)》2021-03-03 第1版 要聞)
