中國科學院上海高等研究院和中國科學院上海應用物理研究所自由電子激光團隊，提出了一種相干能量調(diào)制的自放大機制，并且基于上海軟X射線自由電子激光裝置完成了實驗驗證。研究表明，這種新機制可以極大降低外種子自由電子激光對外種子激光的功率需求，解決了外種子自由電子激光通往高重復頻率運行的關(guān)鍵問題。相關(guān)成果近日發(fā)表于《物理評論快報》。

　　自由電子激光利用相對論電子束產(chǎn)生具有極高亮度的飛秒至阿秒級X射線脈沖，目前已經(jīng)成為原子分子物理、材料科學和生命科學等許多領域的關(guān)鍵工具。外種子自由電子激光利用外部種子激光對電子束團引入相干能量調(diào)制，從而產(chǎn)生高穩(wěn)定性、全相干的自由電子激光脈沖。然而，現(xiàn)有運行模式對種子激光的性能需求，尤其是高峰值功率需求，成為了外種子自由電子激光通往高重復頻率運行的瓶頸。

　　此次，研究人員提出利用電子束團的自調(diào)制來放大初始的相干能量調(diào)制，從而將外部種子激光的峰值功率需求放松1~2個量級。同時，利用上海軟X射線自由電子激光裝置成功演示了對種子激光峰值功率需求10~25倍的放松。實驗中，266納米種子激光僅僅引入了1.8倍切片能散的能量調(diào)制，通過自放大，實現(xiàn)了單級HGHG在種子激光的7次諧波放大出光，兩級級聯(lián)HGHG在種子激光的30次諧波放大出光。這是目前國際上“工作諧波數(shù)/激光調(diào)制幅度”效率最高的外種子自由電子激光放大結(jié)果。該結(jié)果為兆赫茲級重復頻率的外種子自由電子激光鋪平了道路，有望為時間分辨譜學和極紫外光刻等技術(shù)帶來新的突破。

　　“自放大機制在上海軟X射線自由電子激光裝置的成功實驗運行，對自由電子激光等大科學裝置發(fā)展具有重要意義和實用價值?！敝袊こ淘涸菏俊⒄撐墓餐ㄓ嵶髡呲w振堂告訴《中國科學報》，自放大機制可以成為連續(xù)波超導加速器驅(qū)動的下一代外種子型光源的標準模式，在提升外種子自由電子激光穩(wěn)定性、拓展工作波長及超快脈沖產(chǎn)生等方面有潛在的重要應用前景。

　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.084801

　?。ㄔd于《中國科學報》2021-03-03 第1版 要聞）