Forskere foreslår en ny selvmoduleringsordning i seedede frielektronlasere

Frøelektronlasere (FEL'er), som bruger frekvensop-konvertering af en ekstern seed-laser til at forbedre tidsmæssig sammenhæng, betragtes som ideelle til at levere stabil, fuldstændig sammenhængende, bløde røntgenpulser. Imidlertid, kravet om en ekstern seed-laser med tilstrækkelig spidseffekt til at modulere elektronstrålen kan næppe opfyldes af de nuværende state-of-the-art lasersystemer, det er fortsat udfordrende for seedede FEL'er at operere ved høj gentagelseshastighed, f.eks., MHz gentagelseshastighed.

Motiveret af en sådan udfordring, forskere ved Shanghai Advanced Research Institute og Shanghai Institute of Applied Physics fra det kinesiske videnskabsakademi rapporterede om en ny selvmoduleringsmetode til forbedring af laserinduceret energimodulation, derved reducerer kravet om et eksternt lasersystem betydeligt.

Baseret på Shanghai blød røntgen FEL testfacilitet, selvforstærkning af kohærent energimodulation i et seedet FEL verificeres eksperimentelt. Spidsbehovet for en ekstern seed -laser viser sig at være lempet med en faktor på 10 til 25 ved anvendelse af den foreslåede ordning.

I øvrigt, den høje harmoniske generation i en seedet FEL realiseres ved hjælp af en hidtil uset lille energimodulation. En 795 MeV elektronstråle med en laserinduceret energimodulationsamplitude, der er så lille som 1,8 gange skiveenergispredningen, bruges til lasning ved den 7. harmoniske af en 266 nm frølaser i en et-trins højforstærkende harmonisk generation (HGHG) og den 30. harmoniske af frølaseren i et to-trins HGHG.

Resultaterne baner en måde for et seedet FEL med høj gentagelseshastighed, som forventes at vise et stort løfte for multidimensionale sammenhængende spektroskopier, langt ud over det, der hidtil er blevet demonstreret.

Desuden, selvmoduleringsordningen foreslået i dette arbejde lover også at løse andre kritiske problemer med seedede FEL'er, såsom at nå kortere bølgelængder og forbedre stabiliteten.