Frielektronlaserteamet vid Shanghai Advanced Institute of Research (SARI) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) har gjort framsteg i den diagnostiska studien av ultrasnabba frielektronlaserpulser. Teamet föreslog och validerade en ny metod för enskottsdiagnos av ultrasnabba frielektronlaserpulser baserad på självreferensinterferensspektroskopi, vilket ger en helt ny idé för att knäcka problemet med högprecisionsdiagnos i realtid av attosecond free- elektronlasrar. De relaterade forskningsresultaten, med titeln Self-Referenced Spectral Interferometry for Single-Shot Characterization of Ultrashort Free-Electron Laser Pulses, publicerades i Physical Review Letters (Physical Review Letters).
Avancerade ljuskällor med attosecond ({0}} s) tidsupplösningsförmåga behövs akut för att utforska de grundläggande processerna för materietransformationer i den mikroskopiska världen, såsom fotoelektriska emissionsfördröjningar, valenselektroners rörelse och överföring av elektriska avgift. Attosecond-ljuskällan kan användas för att observera och manipulera elektronrörelsen inuti atomer och molekyler, vilket hjälper forskare att utforska kemiska reaktioner, elektronisk struktur och molekylär dynamik på djupet, och är av stor betydelse för materialvetenskap och kemiforskning. Under de senaste åren har viktiga genombrott inom röntgenfrielektronlaserfysik och -teknologi möjliggjort generering av attosekundsröntgenpulser med extremt hög toppljusstyrka, vilket förväntas ge ett revolutionerande verktyg för attosekundsvetenskaplig forskning. Förutom genereringen av attosekundspulser är den kompletta tidsfrekvensdomäninformationsdiagnosen för attosecond röntgenfri elektronlaser lika viktig för ultrasnabba vetenskapliga experiment, och hur man utför högprecisionsdiagnostik i realtid av denna information har blivit en flaskhals som begränsar tillämpningen av attosecond röntgenfri elektronlaser. För att ta itu med denna fråga har teamet genomfört systematiskt forskningsarbete baserat på Kinas storskaliga vetenskapliga anordning med frielektronlaser.
Schemalayout och tids-frekvensdomänrekonstruktionsmetod för attosekundpulsade röntgenfrielektronlaserpulser
Under de senaste åren har spektralfasinterferometri med direkt elektrisk fältrekonstruktion (SPIDER) blivit en av de snabbt utvecklande pulsrekonstruktionsmetoderna inom området för ultrasnabba lasrar. Nyckeln till denna metod är att generera ett par replikapulser med lämplig spektralskjuvning. Denna process kräver i allmänhet användning av icke-linjära kristallina material, vilket gör expansionen av metoden till korta våglängder ganska svår. I denna studie föreslås det innovativt att utnyttja frielektronlaserns frekvenstraktionseffekt för att generera den spektrala skjuvningsmängden, och både den ultrasnabba strålningspulsen och referenspulsen genereras av samma elektronstråle, vilket på ett smart sätt realiserar självet. -referensspektral interferens av strålningspulsen; genom att tillämpa wavelet-transformeringsalgoritmen för att förbättra SPIDER, kan signal-brusförhållandet och effektiviteten av rekonstruktionen förbättras ytterligare, och samtidigt, genom att använda parametrarna för Shanghai soft-röntgenfri -elektronlaseranordning, har det visat sig att den fullständiga tids-frekvensdomäninformationen för en attosecond röntgenpuls kan rekonstrueras exakt (rekonstruktionsfelet är mindre än 6%) med denna metod. Jämfört med den diagnostiska metoden för ultrasnabba pulser i traditionella frielektronlaserenheter, har denna metod fördelarna med enkel utrustning, hög diagnostisk effektivitet (realtid, single-shot), erhållande av fullständig tidsfrekvensdomäninformation på samma gång, och högre diagnostisk noggrannhet med kortare strålningspulser, vilket ger ett helt nytt diagnostiskt medel för optimering av felsökning av ultrasnabba röntgenfrielektronlasrar samt för framtida attosecond-vetenskapliga experiment baserade på röntgenfrielektronlasrar. Resultaten sammanfattas i följande tabell.
