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更多>中國科學(xué)院上海高等研究院和中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所自由電子激光團(tuán)隊在外種子自由電子激光方面獲重要進(jìn)展,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,完成了實驗驗證。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《物理評論快報》。
自由電子激光利用相對論電子束產(chǎn)生具有極高亮度的飛秒至阿秒級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。
在這項工作中,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個量級。同時,利用上海軟X射線自由電子激光裝置已經(jīng)具備的硬件條件,成功演示了對種子激光峰值功率需求10~25倍的放松。實驗中,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,實現(xiàn)了單級HGHG在種子激光的7次諧波放大出光,兩級級聯(lián)HGHG在種子激光的30次諧波放大出光。這是目前國際上“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)果為兆赫茲級重復(fù)頻率的外種子自由電子激光鋪平了道路,有望為時間分辨譜學(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驗運(yùn)行,對當(dāng)前及未來自由電子激光等大科學(xué)裝置發(fā)展具有重要意義和實用價值?!敝袊こ淘涸菏?、論文共同通訊作者趙振堂告訴《中國科學(xué)報》,目前國際上,European XFEL、LCLS-II、SHINE等一批超導(dǎo)加速器驅(qū)動的高重復(fù)頻率自由電子激光裝置正在先后建設(shè)或投入運(yùn)行,自放大機(jī)制可以成為連續(xù)波超導(dǎo)加速器驅(qū)動的下一代外種子型光源的標(biāo)準(zhǔn)模式,除此之外,自放大機(jī)制在提升外種子自由電子激光穩(wěn)定性、拓展工作波長及超快脈沖產(chǎn)生等方面有著潛在的重要應(yīng)用前景。(黃辛)
相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.084801
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