Das Freie-Elektronen-Laser-Team am Shanghai Advanced Institute of Research (SARI) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) hat Fortschritte bei der diagnostischen Untersuchung ultraschneller Freie-Elektronen-Laserpulse erzielt. Das Team schlug eine neue Methode zur Einzelschussdiagnose ultraschneller Freie-Elektronen-Laserimpulse vor und validierte sie auf der Grundlage selbstreferenzierter Interferenzspektroskopie. Dies liefert eine völlig neue Idee zur Lösung des Problems der hochpräzisen Echtzeitdiagnose von Attosekunden-Freie-Elektronen-Laserimpulsen. Elektronenlaser. Die entsprechenden Forschungsergebnisse mit dem Titel Self-Referenced Spectral Interferometry for Single-Shot Characterization of Ultrashort Free-Electron Laser Pulses wurden in Physical Review Letters (Physical Review Letters) veröffentlicht.
Fortgeschrittene Lichtquellen mit einer Zeitauflösung von Attosekunden (10-18 s) werden dringend benötigt, um die grundlegenden Prozesse der Materieumwandlungen in der mikroskopischen Welt zu erforschen, wie z. B. photoelektrische Emissionsverzögerungen, die Bewegung von Valenzelektronen und die Übertragung elektrischer Energie Aufladung. Mithilfe der Attosekunden-Lichtquelle lässt sich die Elektronenbewegung innerhalb von Atomen und Molekülen beobachten und manipulieren. Dies hilft Wissenschaftlern, chemische Reaktionen, elektronische Strukturen und Moleküldynamik eingehender zu erforschen, und ist von großer Bedeutung für die Forschung in den Materialwissenschaften und der Chemie. In den letzten Jahren haben wichtige Durchbrüche in der Physik und Technologie von Freie-Elektronen-Röntgenlasern die Erzeugung von Attosekunden-Röntgenimpulsen mit extrem hoher Spitzenhelligkeit ermöglicht, was voraussichtlich ein revolutionäres Werkzeug für die wissenschaftliche Attosekundenforschung darstellen wird. Neben der Erzeugung von Attosekundenpulsen ist die vollständige Diagnose der Informationen im Zeit-Frequenz-Bereich des Attosekunden-Röntgenlasers mit freien Elektronen ebenso wichtig für ultraschnelle wissenschaftliche Experimente, und die Art und Weise, wie eine hochpräzise Echtzeitdiagnose dieser Informationen durchgeführt werden kann, ist geworden ein Engpass, der die Anwendung von Attosekunden-Röntgenlasern mit freien Elektronen einschränkt. Um dieses Problem anzugehen, hat das Team systematische Forschungsarbeiten auf der Grundlage von Chinas wissenschaftlichem Großgerät mit Freie-Elektronen-Lasern durchgeführt.
Schema-Layout und Zeit-Frequenz-Domänen-Rekonstruktionsverfahren für Attosekunden-gepulste Röntgen-Freie-Elektronen-Laserimpulse
In den letzten Jahren hat sich die spektrale Phaseninterferometrie mit direkter elektrischer Feldrekonstruktion (SPIDER) zu einer der sich schnell entwickelnden Pulsrekonstruktionsverfahren im Bereich ultraschneller Laser entwickelt. Der Schlüssel zu dieser Methode besteht darin, ein Paar Replikationsimpulse mit geeigneter spektraler Scherung zu erzeugen. Dieser Prozess erfordert im Allgemeinen die Verwendung nichtlinearer kristalliner Materialien, was die Ausweitung der Methode auf kurze Wellenlängen eher schwierig macht. In dieser Studie wird innovativ vorgeschlagen, den Frequenztraktionseffekt des Freie-Elektronen-Lasers zu nutzen, um die spektrale Schermenge zu erzeugen, und sowohl der ultraschnelle Strahlungsimpuls als auch der Referenzimpuls werden durch denselben Elektronenstrahl erzeugt, wodurch das Selbst geschickt realisiert wird -Referenzspektralinterferenz des Strahlungsimpulses; Durch die Anwendung des Wavelet-Transformationsalgorithmus zur Verbesserung des SPIDER können das Signal-Rausch-Verhältnis und die Effizienz der Rekonstruktion weiter verbessert werden, und gleichzeitig können die Parameter des Shanghai Soft-X-Ray Free verwendet werden -Elektronenlasergerät wurde gezeigt, dass mit dieser Methode die vollständige Zeit-Frequenz-Domäneninformation eines Attosekunden-Röntgenimpulses genau rekonstruiert werden kann (der Rekonstruktionsfehler beträgt weniger als 6 %). Im Vergleich zur Diagnosemethode ultraschneller Impulse in herkömmlichen Freie-Elektronen-Lasergeräten bietet diese Methode die Vorteile einer einfachen Ausrüstung, einer hohen Diagnoseeffizienz (Echtzeit, Einzelschuss) und der gleichzeitigen Erlangung vollständiger Informationen im Zeit-Frequenz-Bereich. und höhere diagnostische Genauigkeit mit kürzeren Strahlungspulsen, was ein völlig neues diagnostisches Mittel zur Optimierung des Debuggings von ultraschnellen Freie-Elektronen-Röntgenlasern sowie für zukünftige wissenschaftliche Attosekundenexperimente auf Basis von Freie-Elektronen-Röntgenlasern bietet. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst.
