პროგრესი მიღწეულია სრულიად თანმიმდევრული თავისუფალი ელექტრონული ლაზერის შესწავლაში

ჩინეთის მეცნიერებათა აკადემიის თავისუფალი ელექტრონის ლაზერის ჯგუფმა მიაღწია პროგრესს სრულიად თანმიმდევრული თავისუფალი ელექტრონის ლაზერების კვლევაში. შანხაის რბილი რენტგენის თავისუფალი ელექტრონის ლაზერის ბაზაზე დაყრდნობით, ჩინეთის მიერ შემოთავაზებული ექო ჰარმონიული კასკადის თავისუფალი ელექტრონული ლაზერის ახალი მექანიზმი წარმატებით იქნა დამოწმებული და მიღებულია რბილი რენტგენის თანმიმდევრული გამოსხივება შესანიშნავი შესრულებით. ახლახან, შედეგები გამოქვეყნდა Optica-ში სათაურით თანმიმდევრული და ულტრამოკლე რბილი რენტგენის პულსები ექო-ჩართული ჰარმონიული კასკადის თავისუფალი ელექტრონული ლაზერებიდან.

რენტგენის თავისუფალი ელექტრონის 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 ულტრა მოკლე პულსის სიგანე და სხვა შესანიშნავი შესრულება, მაგრამ SASE ვიბრაცია. ხმაურით, მისი გამოსხივების პულსის თანმიმდევრულობა და სტაბილურობა არ არის მაღალი, არ არის რენტგენის ზოლი "ლაზერი". საერთაშორისო თავისუფალი ელექტრონული ლაზერის დარგში განვითარების ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი მიმართულებაა ჩვეულებრივი ლაზერის ხარისხით სრულად თანმიმდევრული რენტგენის გამოსხივების გენერირება, ხოლო მნიშვნელოვანი გზაა გარე თესლის გარეშე ელექტრონის ლაზერის მოქმედების მექანიზმის გამოყენება. გარე თესლის გარეშე ელექტრონის ლაზერის გამოსხივება მემკვიდრეობით იღებს თესლის ლაზერის მახასიათებლებს და აქვს შესანიშნავი მახასიათებლები, როგორიცაა სრული თანმიმდევრულობა, ფაზის კონტროლი და ზუსტი სინქრონიზაცია გარე ტუმბოს ლაზერთან. თუმცა, სათესლე ლაზერის ტალღის სიგრძისა და პულსის სიგანის შეზღუდვის გამო, ტალღის სიგრძის მოკლე დაფარვა და პულსის სიგრძის კორექტირების დიაპაზონი გარე თესლის თავისუფალი ელექტრონის ლაზერის შეზღუდულია. გარე თესლის გარეშე ელექტრონის ლაზერის მოკლე ტალღის სიგრძის დაფარვის შემდგომი გაფართოების მიზნით, ბოლო წლებში მსოფლიოში ენერგიულად ვითარდება თავისუფალი ელექტრონული ლაზერის მუშაობის ახალი რეჟიმები, როგორიცაა ექო ჰარმონიული გენერაცია.

გარე თესლის გარეშე ელექტრონის ლაზერი არის ერთ-ერთი მთავარი ტექნიკური გზა ჩინეთში მაღალი მომატების თავისუფალი ელექტრონის ლაზერის შესაქმნელად. ამჟამად, ოთხივე მაღალი მომატების თავისუფალი ელექტრონის ლაზერულ მოწყობილობას ჩინეთში მიღებული აქვს გარე თესლის მუშაობის რეჟიმი. შანხაის ღრმა ულტრაიისფერი თავისუფალი ელექტრონის ლაზერის და შანხაის რბილი რენტგენის უფასო ელექტრონის ლაზერის დაწესებულებებზე დაყრდნობით, მეცნიერებმა თანმიმდევრულად მიაღწიეს პირველ საერთაშორისო ექო ტიპის თავისუფალი ელექტრონული ლაზერული სინათლის გაძლიერებას და პირველი ექსტრემალური ულტრაიისფერი ექოს ტიპის თავისუფალი ელექტრონული ლაზერის გაჯერების გაძლიერებას. გარე თესლისგან თავისუფალი ელექტრონის ლაზერის მოკლე ტალღის სიგრძის შემდგომი ხელშეწყობის მიზნით, მკვლევართა ჯგუფმა დამოუკიდებლად შემოგვთავაზა სრულიად თანმიმდევრული თავისუფალი ელექტრონული ლაზერის ახალი მექანიზმი ექოს ჰარმონიული კასკადით, რომელიც მიღებული იყო შანხაის რბილი რენტგენის თავისუფალი ელექტრონის ლაზერის მოწყობილობით. ძირითადი სქემა და დაასრულა მთელი პროცესი პრინციპული შემოწმებიდან სინათლის გაძლიერებამდე რბილი რენტგენის ზოლში. კვლევის შედეგები აჩვენებს, რომ ტრადიციულ გარე თესლის ტიპის მექანიზმთან შედარებით, ამ მექანიზმს აქვს ძალიან შესანიშნავი სპექტრალური მახასიათებლები, ულტრასწრაფი რენტგენის პულსის დიაგნოსტიკის ტექნოლოგიის დამოუკიდებელი განვითარების მკვლევარების მიერ (https://doi.org/10.1016) /j.fmre.2022.01.027), ამ ახალი მექანიზმის უმაღლესი შესრულება პულსის სიგრძის კონტროლსა და ულტრასწრაფი პულსის გენერირებაში კიდევ უფრო დამოწმებულია. შესაბამისი კვლევის შედეგები უზრუნველყოფს ტექნიკურ მარშრუტს სუბნანომეტრის ზოლში სრულად თანმიმდევრული თავისუფალი ელექტრონული ლაზერების წარმოქმნისთვის და იქნება იდეალური კვლევის ინსტრუმენტი რენტგენის არაწრფივი ოპტიკისა და ულტრასწრაფი ფიზიკური ქიმიის სფეროებისთვის.

ექო ჰარმონიული კასკადის თავისუფალი ელექტრონული ლაზერს აქვს შესანიშნავი სპექტრული მოქმედება: მარცხენა სურათი არის ჩვეულებრივი კასკადის რეჟიმი, ხოლო მარჯვენა გამოსახულება არის ექო ჰარმონიული კასკადის რეჟიმი.

რენტგენის პულსის სიგრძის რეგულირება და ულტრასწრაფი პულსის გამომუშავება შეიძლება განხორციელდეს ექო ჰარმონიული კასკადით