Команда лазеров на свободных электронах Шанхайского института перспективных исследований (SARI) Китайской академии наук (CAS) добилась прогресса в диагностическом исследовании сверхбыстрых лазерных импульсов на свободных электронах. Команда предложила и утвердила новый метод однократной диагностики сверхбыстрых лазерных импульсов на свободных электронах, основанный на интерференционной спектроскопии с собственной ссылкой, который предлагает совершенно новую идею для решения проблемы высокоточной диагностики в реальном времени аттосекундных свободных электронов. электронные лазеры. Соответствующие результаты исследования, озаглавленные «Спектральная интерферометрия с собственной ссылкой на себя для однократной характеристики ультракоротких лазерных импульсов на свободных электронах», были опубликованы в журнале Physical Review Letters (Physical Review Letters.
Усовершенствованные источники света с возможностью аттосекундного (10-18 с) разрешения по времени срочно необходимы для изучения фундаментальных процессов трансформации материи в микроскопическом мире, таких как задержки фотоэлектрического излучения, движение валентных электронов и перенос электрических заряжать. Аттосекундный источник света можно использовать для наблюдения и управления движением электронов внутри атомов и молекул, что помогает ученым глубже изучать химические реакции, электронную структуру и молекулярную динамику и имеет большое значение для исследований в области материаловедения и химии. В последние годы важные прорывы в физике и технологии рентгеновских лазеров на свободных электронах позволили генерировать аттосекундные рентгеновские импульсы с чрезвычайно высокой пиковой яркостью, которые, как ожидается, станут революционным инструментом для аттосекундных научных исследований. Помимо генерации аттосекундных импульсов, полная информационная диагностика аттосекундного рентгеновского лазера на свободных электронах в частотно-временной области не менее важна для сверхбыстрых научных экспериментов, и вопрос о том, как выполнить высокоточную диагностику этой информации в реальном времени, стал узкое место, ограничивающее применение аттосекундного рентгеновского лазера на свободных электронах. Чтобы решить эту проблему, команда провела систематическую исследовательскую работу на основе китайского крупномасштабного научного устройства — лазера на свободных электронах.
Схема и метод восстановления частотно-временной области для аттосекундных импульсных рентгеновских лазерных импульсов на свободных электронах
В последние годы одним из быстро развивающихся методов реконструкции импульсов в области сверхбыстрых лазеров стала спектральная фазовая интерферометрия с прямой реконструкцией электрического поля (СПАЙДЕР). Ключом к этому методу является генерация пары повторных импульсов с соответствующим спектральным сдвигом. Этот процесс обычно требует использования нелинейных кристаллических материалов, что затрудняет распространение метода на короткие волны. В этом исследовании инновационно предлагается использовать эффект частотной тяги лазера на свободных электронах для генерации величины спектрального сдвига, при этом как сверхбыстрый импульс излучения, так и опорный импульс генерируются одним и тем же электронным лучом, который умело реализует саморегулирование. - эталонная спектральная интерференция импульса излучения; применяя алгоритм вейвлет-преобразования для улучшения SPIDER, можно дополнительно улучшить соотношение сигнал/шум и эффективность реконструкции, и в то же время используя параметры Шанхайского мягкого рентгеновского аппарата -электронного лазерного устройства показано, что с помощью этого метода можно точно восстановить полную информацию о частотно-временной области аттосекундного рентгеновского импульса (ошибка восстановления составляет менее 6%). По сравнению с методом диагностики сверхбыстрых импульсов в традиционных лазерных устройствах на свободных электронах этот метод имеет преимущества простоты оборудования, высокой эффективности диагностики (в реальном времени, однократно), одновременного получения полной информации о частотно-временной области, и более высокая точность диагностики с более короткими импульсами излучения, что обеспечивает совершенно новые диагностические средства для оптимизации отладки сверхбыстрых рентгеновских лазеров на свободных электронах, а также для будущих аттосекундных научных экспериментов на основе рентгеновских лазеров на свободных электронах. Результаты суммированы в следующей таблице.
