Frielektronlaserteamet ved Shanghai Advanced Institute of Research (SARI) under det kinesiske videnskabsakademi (CAS) har gjort fremskridt i den diagnostiske undersøgelse af ultrahurtige frie-elektronlaserimpulser. Holdet foreslog og validerede en ny metode til enkeltskudsdiagnose af ultrahurtige fri-elektronlaserimpulser baseret på selvreferenceinterferensspektroskopi, som giver en helt ny idé til at løse problemet med højpræcisions-realtidsdiagnose af attosekunds fri- elektronlasere. De relaterede forskningsresultater, med titlen Self-Referenced Spectral Interferometry for Single-Shot Characterization of Ultrashort Free-Electron Laser Pulses, blev offentliggjort i Physical Review Letters (Physical Review Letters).
Avancerede lyskilder med attosekunds (10-18 s) tidsopløsningsevner er tvingende nødvendige for at udforske de grundlæggende processer af stoftransformationer i den mikroskopiske verden, såsom fotoelektriske emissionsforsinkelser, bevægelsen af valenselektroner og overførsel af elektriske oplade. Attosecond-lyskilden kan bruges til at observere og manipulere elektronbevægelsen inde i atomer og molekyler, hvilket hjælper forskere med at udforske kemiske reaktioner, elektronisk struktur og molekylær dynamik i større dybde, og er af stor betydning for materialevidenskab og kemiforskning. I de senere år har vigtige gennembrud inden for røntgenfrielektronlaserfysik og -teknologi muliggjort generering af attosekunderrøntgenimpulser med ekstrem høj lysstyrke, hvilket forventes at give et revolutionerende værktøj til attosekunds videnskabelig forskning. Ud over genereringen af attosekund-impulser er den komplette tids-frekvensdomæneinformationsdiagnose af attosekund-røntgenfri elektronlaser lige så vigtig for ultrahurtige videnskabelige eksperimenter, og hvordan man udfører højpræcisions-realtidsdiagnose af denne information er blevet en flaskehals, der begrænser anvendelsen af attosecond røntgen-frielektronlaser. For at løse dette problem har holdet udført systematisk forskningsarbejde baseret på Kinas store videnskabelige enhed med fri-elektronlaser.
Skemalayout og tids-frekvensdomæne-rekonstruktionsmetode for attosekundpulserede røntgenfrielektronlaserimpulser
I de senere år er spektralfaseinterferometri med direkte elektrisk feltrekonstruktion (SPIDER) blevet en af de hurtigt udviklende pulsrekonstruktionsmetoder inden for ultrahurtige lasere. Nøglen til denne metode er at generere et par replika-impulser med passende spektralforskydning. Denne proces kræver generelt brugen af ikke-lineære krystallinske materialer, hvilket gør udvidelsen af metoden til korte bølgelængder ret vanskelig. I denne undersøgelse er det innovativt foreslået at udnytte fri-elektronlaserens frekvenstraktionseffekt til at generere den spektrale forskydningsmængde, og både den ultrahurtige strålingsimpuls og referenceimpulsen genereres af den samme elektronstråle, som smart realiserer selvet. -referencespektral interferens af strålingsimpulsen; ved at anvende wavelet-transformationsalgoritmen for at forbedre SPIDER, kan signal-til-støj-forholdet og effektiviteten af rekonstruktionen forbedres yderligere, og på samme tid ved at bruge parametrene for Shanghai soft-X-ray free -elektronlaseranordning, er det demonstreret, at den komplette tids-frekvensdomæneinformation for en attosecond røntgenimpuls kan rekonstrueres nøjagtigt (rekonstruktionsfejlen er mindre end 6%) ved hjælp af denne metode. Sammenlignet med den diagnostiske metode med ultrahurtige pulser i traditionelle fri-elektron laserenheder, har denne metode fordelene ved simpelt udstyr, høj diagnostisk effektivitet (real-time, single-shot), opnåelse af fuldstændig tidsfrekvens domæneinformation på samme tid, og højere diagnostisk nøjagtighed med kortere strålingsimpulser, som giver et helt nyt diagnostisk middel til optimering af debugging af ultrahurtige røntgenfrielektronlasere såvel som til fremtidige attosecond-videnskabelige eksperimenter baseret på røntgenfrielektronlasere. Resultaterne er opsummeret i følgende tabel.
