Çin Bilimler Akademisi Serbest Elektron Lazer ekibi, tamamen tutarlı serbest elektron lazerleri araştırmasında önemli ilerleme kaydetti. Şanghay Yumuşak X-ışını Serbest Elektron Lazer Tesisi'ne dayanarak, Çin tarafından önerilen yankı harmonik kademeli serbest elektron lazerinin yeni mekanizması başarıyla doğrulandı ve mükemmel performansa sahip yumuşak X-ışını tutarlı radyasyonu elde edildi. Sonuçlar yakın zamanda Optica dergisinde "Yankı özellikli harmonik kademeli serbest elektron lazerlerinden tutarlı ve ultra kısa yumuşak X-ışını darbeleri" başlığı altında yayınlandı.
X-ışını serbest elektron lazeri, dünyanın en gelişmiş ışık kaynaklarından biridir. Şu anda, uluslararası X-ışını serbest elektron lazerlerinin çoğu, kendiliğinden yükseltici spontan emisyon mekanizmasına (SASE) dayanmaktadır. SASE, çok yüksek tepe parlaklığına, femto seviyesinde ultra kısa darbe genişliğine ve diğer mükemmel performans özelliklerine sahiptir, ancak SASE'nin titreşimi gürültüden kaynaklanır, radyasyon darbesinin tutarlılığı ve kararlılığı yüksek değildir, bu nedenle X-ışını bandı "lazer"i değildir. Uluslararası serbest elektron lazeri alanındaki en önemli geliştirme yönlerinden biri, geleneksel lazer kalitesinde tamamen tutarlı X-ışını radyasyonu üretmektir ve bunun önemli bir yolu da harici tohumlu serbest elektron lazeri çalışma mekanizmasını kullanmaktır. Harici tohumlu serbest elektron lazerinin radyasyonu, tohum lazerinin özelliklerini miras alır ve tam tutarlılık, faz kontrolü ve harici pompa lazeriyle hassas senkronizasyon gibi mükemmel özelliklere sahiptir. Bununla birlikte, tohum lazerinin dalga boyu ve darbe genişliğinin sınırlaması nedeniyle, harici tohumlu serbest elektron lazerinin kısa dalga boyu kapsamı ve darbe uzunluğu ayarlama aralığı sınırlıdır. Harici tohumlu serbest elektron lazerinin kısa dalga boyu kapsamını daha da genişletmek amacıyla, son yıllarda dünyada yankı harmonik üretimi gibi yeni serbest elektron lazer çalışma modları yoğun bir şekilde geliştirilmektedir.
Harici tohumlu serbest elektron lazeri, Çin'de yüksek kazançlı serbest elektron lazeri geliştirmenin ana teknik yollarından biridir. Şu anda Çin'deki dört yüksek kazançlı serbest elektron lazer cihazının tamamı harici tohum çalışma modunu benimsemiştir. Şanghay Derin Ultraviyole Serbest Elektron Lazer Tesisi ve Şanghay Yumuşak X-ışını Serbest Elektron Lazer Tesisi temel alınarak, bilim insanları sırasıyla ilk uluslararası yankı tipi serbest elektron lazer ışık yükseltmesini ve ilk aşırı ultraviyole yankı tipi serbest elektron lazer doygunluk yükseltmesini başarmışlardır. Harici tohumlu serbest elektron lazerini kısa dalga boyuna daha da ilerletmek için, araştırma ekibi bağımsız olarak yankı harmonik kademesi ile tamamen tutarlı serbest elektron lazerinin yeni bir mekanizmasını önermiş ve bu mekanizma Şanghay Yumuşak X-ışını Serbest Elektron Lazer cihazı tarafından temel şema olarak benimsenerek, prensip doğrulamasından yumuşak X-ışını bandında ışık yükseltmesine kadar tüm süreç tamamlanmıştır. Araştırma sonuçları, geleneksel harici tohum tipi çalışma mekanizmasına kıyasla, bu mekanizmanın çok üstün spektral özelliklere sahip olduğunu göstermektedir. Araştırmacıların bağımsız olarak geliştirdiği ultra hızlı X-ışını darbe teşhis teknolojisinin (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027) benimsenmesiyle, bu yeni mekanizmanın darbe uzunluğu kontrolü ve ultra hızlı darbe üretimindeki üstün performansı daha da doğrulanmıştır. İlgili araştırma sonuçları, subnanometre bandında tamamen tutarlı serbest elektron lazerlerinin üretimi için uygulanabilir bir teknik yol sağlamakta ve X-ışını doğrusal olmayan optik ve ultra hızlı fiziksel kimya alanları için ideal bir araştırma aracı sunacaktır.
Yankı harmonik kademeli serbest elektron lazeri mükemmel spektral performansa sahiptir: soldaki görüntü geleneksel kademeli modu, sağdaki görüntü ise yankı harmonik kademeli modu göstermektedir.
Yankı harmonik kademesi ile X-ışını darbe uzunluğunun ayarlanması ve ultra hızlı darbe üretimi gerçekleştirilebilir.
Yayın tarihi: 08.10.2023