პროგრესი იქნა მიღწეული სრულად კოჰერენტული თავისუფალი ელექტრონული ლაზერის შესწავლაში.

ჩინეთის მეცნიერებათა აკადემიის თავისუფალი ელექტრონული ლაზერების ჯგუფმა პროგრესს მიაღწია სრულად კოჰერენტული თავისუფალი ელექტრონული ლაზერების კვლევაში. შანხაის რბილი რენტგენის თავისუფალი ელექტრონული ლაზერის ობიექტზე დაყრდნობით, ჩინეთის მიერ შემოთავაზებული ექოს ჰარმონიული კასკადური თავისუფალი ელექტრონული ლაზერის ახალი მექანიზმი წარმატებით დადასტურდა და მიღებული იქნა შესანიშნავი შესრულების მქონე რბილი რენტგენის კოჰერენტული გამოსხივება. ცოტა ხნის წინ, შედეგები გამოქვეყნდა Optica-ში სათაურით „კოჰერენტული და ულტრამოკლე რბილი რენტგენის იმპულსები ექოს ჰარმონიული კასკადური თავისუფალი ელექტრონული ლაზერებიდან“.

რენტგენის თავისუფალი ელექტრონული ლაზერი მსოფლიოში ერთ-ერთი ყველაზე მოწინავე სინათლის წყაროა. ამჟამად, საერთაშორისო რენტგენის თავისუფალი ელექტრონული ლაზერების უმეტესობა დაფუძნებულია თვითგამაძლიერებელ სპონტანურ ემისიის მექანიზმზე (SASE), SASE-ს აქვს ძალიან მაღალი პიკური სიკაშკაშე და ფემტო დონის ულტრამოკლე იმპულსის სიგანე და სხვა შესანიშნავი მახასიათებლები, მაგრამ SASE-ს ხმაურით ვიბრაცია, მისი გამოსხივების იმპულსის კოჰერენტულობა და სტაბილურობა არ არის მაღალი, არ არის რენტგენის დიაპაზონის „ლაზერი“. საერთაშორისო თავისუფალი ელექტრონული ლაზერის სფეროში ერთ-ერთი უმნიშვნელოვანესი განვითარების მიმართულებაა სრულად კოჰერენტული რენტგენის გამოსხივების გენერირება ჩვეულებრივი ლაზერის ხარისხით და მნიშვნელოვანი გზაა გარე საწყისი თავისუფალი ელექტრონული ლაზერის მოქმედების მექანიზმის გამოყენება. გარე საწყისი თავისუფალი ელექტრონული ლაზერის გამოსხივება მემკვიდრეობით იღებს საწყისი ლაზერის მახასიათებლებს და აქვს შესანიშნავი მახასიათებლები, როგორიცაა სრული კოჰერენტობა, ფაზის კონტროლი და ზუსტი სინქრონიზაცია გარე ტუმბოს ლაზერთან. თუმცა, საწყისი ლაზერის ტალღის სიგრძისა და იმპულსის სიგანის შეზღუდვის გამო, გარე საწყისი თავისუფალი ელექტრონული ლაზერის მოკლე ტალღის სიგრძის დაფარვის და იმპულსის სიგრძის რეგულირების დიაპაზონი შეზღუდულია. გარე საწყისი თავისუფალი ელექტრონული ლაზერის მოკლე ტალღის სიგრძის დაფარვის კიდევ უფრო გაფართოების მიზნით, ბოლო წლებში მსოფლიოში აქტიურად მუშავდება თავისუფალი ელექტრონული ლაზერის ახალი მუშაობის რეჟიმები, როგორიცაა ექოს ჰარმონიკის გენერაცია.

გარეგანი გამრავლების თავისუფალი ელექტრონული ლაზერი ჩინეთში მაღალი გამაძლიერებლის თავისუფალი ელექტრონული ლაზერის შემუშავების ერთ-ერთი მთავარი ტექნიკური გზაა. ამჟამად, ჩინეთში არსებული ოთხივე მაღალი გამაძლიერებლის თავისუფალი ელექტრონული ლაზერული მოწყობილობა იყენებს გარე გამრავლების ოპერაციის რეჟიმს. შანხაის ღრმა ულტრაიისფერი თავისუფალი ელექტრონული ლაზერული ობიექტისა და შანხაის რბილი რენტგენის თავისუფალი ელექტრონული ლაზერული ობიექტის საფუძველზე, მეცნიერებმა წარმატებით მიაღწიეს პირველ საერთაშორისო ექოს ტიპის თავისუფალი ელექტრონული ლაზერული სინათლის ამპლიფიკაციას და პირველ ექსტრემალურ ულტრაიისფერ ექოს ტიპის თავისუფალი ელექტრონული ლაზერული გაჯერების ამპლიფიკაციას. გარეგანი გამრავლების თავისუფალი ელექტრონული ლაზერის მოკლე ტალღის სიგრძეზე შემდგომი განვითარების მიზნით, კვლევითმა ჯგუფმა დამოუკიდებლად შემოგვთავაზა სრულად კოჰერენტული თავისუფალი ელექტრონული ლაზერის ახალი მექანიზმი ექოს ჰარმონიული კასკადით, რომელიც შანხაის რბილი რენტგენის თავისუფალი ელექტრონული ლაზერული მოწყობილობის მიერ იქნა მიღებული, როგორც ძირითადი სქემა და დაასრულა მთელი პროცესი პრინციპის ვერიფიკაციიდან სინათლის ამპლიფიკაციამდე რბილ რენტგენის დიაპაზონში. კვლევის შედეგები აჩვენებს, რომ ტრადიციულ გარე დათესვის ტიპის მექანიზმთან შედარებით, ამ მექანიზმს აქვს ძალიან შესანიშნავი სპექტრული მახასიათებლები, რაც ულტრასწრაფი რენტგენის პულსური დიაგნოსტიკის ტექნოლოგიის დამოუკიდებელი შემუშავების მკვლევრების მიერ (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027) გამოყენების წყალობით მოხდა. ამ ახალი მექანიზმის უმაღლესი შესრულება იმპულსის სიგრძის კონტროლისა და ულტრასწრაფი იმპულსის გენერირების კუთხით კიდევ უფრო დადასტურდა. შესაბამისი კვლევის შედეგები იძლევა სუბნანომეტრულ დიაპაზონში სრულად კოჰერენტული თავისუფალი ელექტრონული ლაზერების გენერირების ტექნიკურ გზას და წარმოადგენს იდეალურ კვლევით ინსტრუმენტს რენტგენის არაწრფივი ოპტიკისა და ულტრასწრაფი ფიზიკური ქიმიის სფეროებისთვის.

ექო-ჰარმონიული კასკადის თავისუფალი ელექტრონული ლაზერი გამოირჩევა შესანიშნავი სპექტრული მახასიათებლებით: მარცხენა გამოსახულება ჩვეულებრივი კასკადის რეჟიმია, ხოლო მარჯვენა გამოსახულება ექო-ჰარმონიული კასკადის რეჟიმია.

რენტგენის იმპულსის სიგრძის რეგულირება და ულტრასწრაფი იმპულსის გენერირება შესაძლებელია ექოს ჰარმონიული კასკადის მეშვეობით.