Zespół zajmujący się laserem na swobodnych elektronach w Zaawansowanym Instytucie Badań w Szanghaju (SARI) Chińskiej Akademii Nauk (CAS) poczynił postępy w badaniach diagnostycznych ultraszybkich impulsów lasera na wolnych elektronach. Zespół zaproponował i zweryfikował nową metodę diagnostyki jednostkowej ultraszybkich impulsów lasera na swobodnych elektronach, opartą na spektroskopii interferencyjnej z własnym odniesieniem, która zapewnia zupełnie nowy pomysł na rozwiązanie problemu precyzyjnej diagnostyki w czasie rzeczywistym attosekundowych wolnych elektronów. lasery elektronowe. Wyniki powiązanych badań, zatytułowanych Self-Referenced Spectral Interferometry for Single-Shot Characterization of Ultrashort Free-Electron Laser Pulses, opublikowano w czasopiśmie Physical Review Letters (Physical Review Letters.
Pilnie potrzebne są zaawansowane źródła światła z attosekundową (10-18 s) zdolnością rozdzielenia czasu, aby zbadać podstawowe procesy przemian materii w świecie mikroskopowym, takie jak opóźnienia emisji fotoelektrycznej, ruch elektronów walencyjnych i przenoszenie energii elektrycznej opłata. Attosekundowe źródło światła można wykorzystać do obserwacji ruchu elektronów wewnątrz atomów i cząsteczek oraz manipulowania nim, co pomaga naukowcom głębiej badać reakcje chemiczne, strukturę elektronową i dynamikę molekularną, a także ma ogromne znaczenie w badaniach materiałowych i chemicznych. W ostatnich latach ważne przełomy w fizyce i technologii lasera rentgenowskiego na swobodnych elektronach umożliwiły generowanie attosekundowych impulsów rentgenowskich o niezwykle wysokiej jasności szczytowej, co, jak się oczekuje, stanie się rewolucyjnym narzędziem do badań naukowych w zakresie attosekundy. Oprócz generowania impulsów attosekundowych, w przypadku ultraszybkich eksperymentów naukowych równie ważna jest pełna diagnostyka informacji w domenie czasowo-częstotliwościowej attosekundowego lasera rentgenowskiego na swobodnych elektronach, a sposób przeprowadzania wysoce precyzyjnej diagnozy tych informacji w czasie rzeczywistym stał się coraz bardziej istotny. wąskie gardło ograniczające zastosowanie attosekundowego lasera rentgenowskiego na swobodnych elektronach. Aby rozwiązać ten problem, zespół przeprowadził systematyczne prace badawcze w oparciu o wielkoskalowe urządzenie naukowe z Chin, wykorzystujące laser na swobodnych elektronach.
Układ schematu i metoda rekonstrukcji domeny czasowo-częstotliwościowej dla attosekundowych impulsów rentgenowskich impulsów lasera na swobodnych elektronach
W ostatnich latach widmowa interferometria fazowa z bezpośrednią rekonstrukcją pola elektrycznego (SPIDER) stała się jedną z dynamicznie rozwijających się metod rekonstrukcji impulsowej w dziedzinie ultraszybkich laserów. Kluczem do tej metody jest wygenerowanie pary impulsów replik z odpowiednim ścinaniem widmowym. Proces ten na ogół wymaga użycia nieliniowych materiałów krystalicznych, co sprawia, że rozszerzenie metody na krótkie fale jest raczej trudne. W tym badaniu innowacyjnie zaproponowano wykorzystanie efektu trakcji częstotliwościowej lasera na swobodnych elektronach do wygenerowania widmowej wielkości ścinania, a zarówno ultraszybki impuls promieniowania, jak i impuls odniesienia są generowane przez tę samą wiązkę elektronów, która w sprytny sposób realizuje -zakłócenie widma odniesienia impulsu promieniowania; stosując algorytm transformacji falkowej w celu ulepszenia SPIDERA, można jeszcze bardziej poprawić stosunek sygnału do szumu i skuteczność rekonstrukcji, jednocześnie wykorzystując parametry miękkiego rezonansu rentgenowskiego w Szanghaju -elektronowego urządzenia laserowego wykazano, że przy użyciu tej metody można dokładnie zrekonstruować pełną informację w dziedzinie czasu i częstotliwości attosekundowego impulsu rentgenowskiego (błąd rekonstrukcji jest mniejszy niż 6%). W porównaniu z metodą diagnostyczną ultraszybkich impulsów w tradycyjnych urządzeniach laserowych na swobodnych elektronach, metoda ta charakteryzuje się prostym wyposażeniem, dużą skutecznością diagnostyczną (w czasie rzeczywistym, pojedynczy strzał), uzyskaniem jednocześnie pełnej informacji w dziedzinie czasowo-częstotliwościowej, oraz wyższą dokładność diagnostyczną przy krótszych impulsach promieniowania, co zapewnia zupełnie nowe środki diagnostyczne do optymalizacji debugowania ultraszybkich laserów rentgenowskich na swobodnych elektronach, a także do przyszłych eksperymentów naukowych dotyczących attosekundy opartych na laserach rentgenowskich na swobodnych elektronach. Wyniki podsumowano w poniższej tabeli.
