Η ομάδα λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων στο Προηγμένο Ινστιτούτο Έρευνας της Σαγκάης (SARI) της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών (CAS) έχει σημειώσει πρόοδο στη διαγνωστική μελέτη υπερταχέων παλμών λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων. Η ομάδα πρότεινε και επικύρωσε μια νέα μέθοδο για τη διάγνωση μιας βολής υπερταχέων παλμών λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων, βασισμένη σε αυτοαναφερόμενη φασματοσκοπία παρεμβολής, η οποία παρέχει μια ολοκαίνουργια ιδέα για την επίλυση του προβλήματος της διάγνωσης υψηλής ακρίβειας σε πραγματικό χρόνο του attosecond free- ηλεκτρονικά λέιζερ. Τα σχετικά ερευνητικά αποτελέσματα, με τίτλο Self-Referenced Spectral Interferometry for Single-Shot Characterization of Ultrashort Free-Electron Laser Pulses, δημοσιεύτηκαν στο Physical Review Letters ( Physical Review Letters.
Απαιτούνται επειγόντως προηγμένες πηγές φωτός με δυνατότητες επίλυσης χρόνου attosecond (10-18 s) για τη διερεύνηση των θεμελιωδών διεργασιών των μετασχηματισμών της ύλης στον μικροσκοπικό κόσμο, όπως οι καθυστερήσεις φωτοηλεκτρικής εκπομπής, η κίνηση των ηλεκτρονίων σθένους και η μεταφορά ηλεκτρικού χρέωση. Η πηγή φωτός attosecond μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρατήρηση και το χειρισμό της κίνησης των ηλεκτρονίων μέσα στα άτομα και τα μόρια, κάτι που βοηθά τους επιστήμονες να εξερευνήσουν τις χημικές αντιδράσεις, την ηλεκτρονική δομή και τη μοριακή δυναμική σε μεγαλύτερο βάθος, και έχει μεγάλη σημασία για την επιστήμη των υλικών και την έρευνα της χημείας. Τα τελευταία χρόνια, σημαντικές ανακαλύψεις στη φυσική και την τεχνολογία λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων ακτίνων Χ επέτρεψαν τη δημιουργία παλμών ακτίνων Χ attosecond με εξαιρετικά υψηλή μέγιστη φωτεινότητα, που αναμένεται να αποτελέσει ένα επαναστατικό εργαλείο για την επιστημονική έρευνα attosecond. Εκτός από τη δημιουργία παλμών attosecond, η πλήρης διάγνωση πληροφοριών πεδίου χρόνου-συχνότητας του λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων ακτίνων Χ attosecond είναι εξίσου σημαντική για εξαιρετικά γρήγορα επιστημονικά πειράματα, και πώς να εκτελείται διάγνωση υψηλής ακρίβειας σε πραγματικό χρόνο αυτών των πληροφοριών έχει γίνει ένα σημείο συμφόρησης που περιορίζει την εφαρμογή λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων ακτίνων Χ attosecond. Για την αντιμετώπιση αυτού του ζητήματος, η ομάδα πραγματοποίησε συστηματική ερευνητική εργασία βασισμένη στην επιστημονική συσκευή μεγάλης κλίμακας λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων της Κίνας.
Διάταξη σχήματος και μέθοδος ανακατασκευής πεδίου χρόνου-συχνότητας για παλμικούς παλμούς ακτίνων Χ ελεύθερων ηλεκτρονίων λέιζερ attosecond
Τα τελευταία χρόνια, η συμβολομετρία φασματικής φάσης με άμεση ανακατασκευή ηλεκτρικού πεδίου (SPIDER) έχει γίνει μια από τις ταχέως αναπτυσσόμενες μεθόδους ανακατασκευής παλμών στον τομέα των υπερταχέων λέιζερ. Το κλειδί αυτής της μεθόδου είναι η δημιουργία ενός ζεύγους παλμών αντίγραφων με κατάλληλη φασματική διάτμηση. Αυτή η διαδικασία γενικά απαιτεί τη χρήση μη γραμμικών κρυσταλλικών υλικών, καθιστώντας την επέκταση της μεθόδου σε μικρά μήκη κύματος μάλλον δύσκολη. Σε αυτή τη μελέτη, προτείνεται καινοτόμα η χρήση του φαινομένου έλξης συχνότητας του λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων για τη δημιουργία της ποσότητας φασματικής διάτμησης και τόσο ο υπερταχύς παλμός ακτινοβολίας όσο και ο παλμός αναφοράς παράγονται από την ίδια δέσμη ηλεκτρονίων, η οποία συνειδητοποιεί έξυπνα τον εαυτό του. -φασματική παρεμβολή αναφοράς του παλμού ακτινοβολίας. εφαρμόζοντας τον αλγόριθμο μετασχηματισμού κυματιδίων για τη βελτίωση του SPIDER, η αναλογία σήματος προς θόρυβο και η αποτελεσματικότητα της ανακατασκευής μπορούν να βελτιωθούν περαιτέρω, και ταυτόχρονα, χρησιμοποιώντας τις παραμέτρους του Σαγκάη χωρίς ακτίνες Χ. -συσκευή λέιζερ ηλεκτρονίων, αποδεικνύεται ότι οι πλήρεις πληροφορίες πεδίου χρόνου-συχνότητας ενός παλμού ακτίνων Χ attosecond μπορούν να ανακατασκευαστούν με ακρίβεια (το σφάλμα ανακατασκευής είναι μικρότερο από 6%) χρησιμοποιώντας αυτήν τη μέθοδο. Σε σύγκριση με τη διαγνωστική μέθοδο των υπερταχέων παλμών σε παραδοσιακές συσκευές λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων, αυτή η μέθοδος έχει τα πλεονεκτήματα του απλού εξοπλισμού, της υψηλής διαγνωστικής απόδοσης (σε πραγματικό χρόνο, μιας λήψης), της ταυτόχρονης λήψης πλήρους πληροφοριών τομέα χρόνου-συχνότητας. και υψηλότερη διαγνωστική ακρίβεια με μικρότερους παλμούς ακτινοβολίας, που παρέχει ένα ολοκαίνουργιο διαγνωστικό μέσο για τη βελτιστοποίηση του εντοπισμού σφαλμάτων των υπερταχέων λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων ακτίνων Χ καθώς και για μελλοντικά επιστημονικά πειράματα attosecond που βασίζονται σε λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων ακτίνων Χ. Τα αποτελέσματα συνοψίζονται στον παρακάτω πίνακα.
