Екипът за лазер със свободни електрони в Шанхайския институт за напреднали изследвания (SARI) на Китайската академия на науките (CAS) постигна напредък в диагностичното изследване на ултрабързи лазерни импулси със свободни електрони. Екипът предложи и валидира нов метод за еднократна диагностика на ултрабързи лазерни импулси със свободни електрони, базиран на самореферентна интерферентна спектроскопия, която предоставя чисто нова идея за решаване на проблема с високоточна диагностика в реално време на атосекундни свободни електронни лазери. Резултатите от свързаните изследвания, озаглавени Самореферентна спектрална интерферометрия за еднократно характеризиране на ултракъси свободни електронни лазерни импулси, бяха публикувани в Physical Review Letters (Physical Review Letters.
Спешно са необходими усъвършенствани светлинни източници с атосекунди (10-18 s) възможности за разрешаване на времето, за да се изследват фундаменталните процеси на трансформация на материята в микроскопичния свят, като забавяне на фотоелектричните емисии, движението на валентните електрони и преноса на електрически зареждане. Атосекундният източник на светлина може да се използва за наблюдение и манипулиране на движението на електроните вътре в атомите и молекулите, което помага на учените да изследват по-задълбочено химичните реакции, електронната структура и молекулярната динамика и е от голямо значение за науката за материалите и химичните изследвания. През последните години важни пробиви във физиката и технологията на рентгеновия лазер със свободни електрони позволиха генерирането на атосекундни рентгенови импулси с изключително висока пикова яркост, което се очаква да предостави революционен инструмент за атосекундни научни изследвания. В допълнение към генерирането на атосекундни импулси, пълната диагностика на информацията във времево-честотния домейн на атосекундния рентгенов лазер със свободни електрони е еднакво важна за свръхбързи научни експерименти и как да се извърши високопрецизна диагностика в реално време на тази информация стана тясно място, ограничаващо приложението на атосекунден рентгенов лазер със свободни електрони. За да се справи с този проблем, екипът е извършил систематична изследователска работа, базирана на широкомащабното научно устройство на Китай с лазер със свободни електрони.
Оформление на схемата и метод за реконструкция на времево-честотната област за атосекундни импулсни рентгенови лазерни импулси със свободни електрони
През последните години спектралната фазова интерферометрия с директна реконструкция на електрическото поле (SPIDER) се превърна в един от бързо развиващите се методи за импулсна реконструкция в областта на ултрабързите лазери. Ключът към този метод е да се генерира двойка реплики на импулси с подходящо спектрално срязване. Този процес обикновено изисква използването на нелинейни кристални материали, което прави разширяването на метода до къси дължини на вълните доста трудно. В това изследване се предлага иновативно да се използва ефектът на честотното сцепление на лазера със свободни електрони за генериране на спектралното срязващо количество, като ултрабързият радиационен импулс и референтният импулс се генерират от един и същ електронен лъч, който умело реализира само -референтна спектрална интерференция на импулса на излъчване; чрез прилагане на алгоритъма за уейвлет трансформация, за да се подобри SPIDER, съотношението сигнал/шум и ефективността на реконструкцията могат да бъдат допълнително подобрени и в същото време чрез използване на параметрите на Shanghai soft-X-ray free -електронно лазерно устройство, демонстрира се, че пълната информация за времево-честотния домейн на атосекунден рентгенов импулс може да бъде възстановена точно (грешката при реконструкцията е по-малка от 6%) с помощта на този метод. В сравнение с диагностичния метод на свръхбързи импулси в традиционните лазерни устройства със свободни електрони, този метод има предимствата на опростено оборудване, висока диагностична ефективност (в реално време, един изстрел), получаване на пълна информация за времево-честотния домейн едновременно, и по-висока диагностична точност с по-къси радиационни импулси, което осигурява чисто ново диагностично средство за оптимизиране на отстраняването на грешки на свръхбързи рентгенови лазери със свободни електрони, както и за бъдещи атосекундни научни експерименти, базирани на рентгенови лазери със свободни електрони. Резултатите са обобщени в следващата таблица.
