Tým laserů s volnými elektrony v Shanghai Advanced Institute of Research (SARI) Čínské akademie věd (CAS) pokročil v diagnostické studii ultrarychlých laserových pulzů s volnými elektrony. Tým navrhl a ověřil novou metodu jednorázové diagnostiky ultrarychlých laserových pulzů s volnými elektrony založenou na referenční interferenční spektroskopii, která poskytuje zcela nový nápad, jak vyřešit problém vysoce přesné diagnostiky attosekundových volných elektronové lasery. Související výsledky výzkumu s názvem Self-Referenced Spectral Interferometrie for Single-Shot Characterization of Ultrashort Free-Electron Laser Pulses, byly publikovány v Physical Review Letters (Physical Review Letters.
K prozkoumání základních procesů přeměn hmoty v mikroskopickém světě, jako jsou zpoždění fotoelektrické emise, pohyb valenčních elektronů a přenos el. nabít. Attosekundový zdroj světla lze použít k pozorování a manipulaci s pohybem elektronů uvnitř atomů a molekul, což pomáhá vědcům prozkoumat chemické reakce, elektronickou strukturu a molekulární dynamiku do větší hloubky a má velký význam pro vědu o materiálech a chemický výzkum. V posledních letech umožnily důležité průlomy ve fyzice a technologii rentgenových laserů s volnými elektrony generování attosekundových rentgenových pulsů s extrémně vysokým špičkovým jasem, od čehož se očekává, že poskytne revoluční nástroj pro attosekundový vědecký výzkum. Kromě generování attosekundových pulzů je pro ultrarychlé vědecké experimenty stejně důležitá kompletní časově-frekvenční doménová informační diagnostika attosekundového rentgenového laseru s volnými elektrony a jak provádět vysoce přesnou diagnostiku těchto informací v reálném čase úzké hrdlo omezující použití attosekundového rentgenového laseru s volnými elektrony. K vyřešení tohoto problému tým provedl systematický výzkum založený na čínském rozsáhlém vědeckém zařízení s laserem s volnými elektrony.
Schéma rozložení a metoda rekonstrukce časově-frekvenční domény pro attosekundové pulzní rentgenové laserové pulzy s volnými elektrony
Spektrální fázová interferometrie s rekonstrukcí přímého elektrického pole (SPIDER) se v posledních letech stala jednou z rychle se rozvíjejících metod rekonstrukce pulsů v oblasti ultrarychlých laserů. Klíčem k této metodě je generování páru replikovaných pulzů s vhodným spektrálním smykem. Tento proces obecně vyžaduje použití nelineárních krystalických materiálů, což ztěžuje rozšíření metody na krátké vlnové délky. V této studii je inovativně navrženo využít frekvenční trakční efekt laseru s volnými elektrony ke generování spektrální smykové veličiny a ultrarychlý radiační impuls i referenční impuls jsou generovány stejným elektronovým paprskem, který chytře realizuje vlastní -referenční spektrální interference pulzu záření; aplikací algoritmu waveletové transformace za účelem zlepšení SPIDER lze dále zlepšit poměr signálu k šumu a účinnost rekonstrukce a zároveň použitím parametrů Shanghai soft-rentgen free elektronového laserového zařízení, je demonstrováno, že pomocí této metody lze přesně rekonstruovat kompletní časovo-frekvenční doménovou informaci attosekundového rentgenového pulsu (chyba rekonstrukce je menší než 6 %). Ve srovnání s diagnostickou metodou ultrarychlých pulzů v tradičních laserových zařízeních s volnými elektrony má tato metoda výhody jednoduchého vybavení, vysoké diagnostické účinnosti (v reálném čase, jednorázově), získávání kompletních časově-frekvenčních doménových informací ve stejnou dobu, a vyšší diagnostickou přesnost s kratšími pulzy záření, což poskytuje zcela nový diagnostický prostředek pro optimalizaci ladění ultrarychlých rentgenových laserů s volnými elektrony i pro budoucí attosekundové vědecké experimenty založené na rentgenových laserech s volnými elektrony. Výsledky jsou shrnuty v následující tabulce.
