L'équipe de lasers à électrons libres de l'Académie chinoise des sciences a progressé dans la recherche sur les lasers à électrons libres à rayons X mous entièrement cohérents. Grâce à l'installation de lasers à électrons libres à rayons X mous de Shanghai, le nouveau mécanisme de laser à électrons libres à cascade harmonique écho proposé par la Chine a été vérifié avec succès et un rayonnement cohérent à rayons X mous aux excellentes performances a été obtenu. Les résultats ont récemment été publiés dans Optica sous le titre « Impulsions de rayons X mous cohérentes et ultra-courtes issues de lasers à électrons libres à cascade harmonique écho ».
Le laser à électrons libres à rayons X est l'une des sources lumineuses les plus avancées au monde. Actuellement, la plupart des lasers internationaux à électrons libres à rayons X reposent sur le mécanisme d'émission spontanée auto-amplificatrice (SASE). Ce dernier présente une luminosité de crête très élevée, une largeur d'impulsion ultra-courte de niveau femto et d'excellentes performances. Cependant, le bruit de vibration, la cohérence et la stabilité de son impulsion de rayonnement sont faibles, ce qui le rend inadapté aux lasers à rayons X. L'un des axes de développement majeurs du laser à électrons libres international est la génération d'un rayonnement X parfaitement cohérent avec une qualité laser conventionnelle, notamment grâce à l'utilisation du mécanisme de fonctionnement du laser à électrons libres à germe externe. Le rayonnement du laser à électrons libres à germe externe hérite des caractéristiques du laser à germe et présente d'excellentes caractéristiques telles qu'une cohérence totale, un contrôle de phase et une synchronisation précise avec le laser de pompage externe. Cependant, en raison des limitations de longueur d'onde et de largeur d'impulsion du laser à germe, la couverture des courtes longueurs d'onde et la plage de réglage de la longueur d'impulsion du laser à électrons libres à germe externe sont limitées. Afin d'étendre davantage la couverture des courtes longueurs d'onde du laser à électrons libres à graines externes, de nouveaux modes de fonctionnement du laser à électrons libres tels que la génération d'harmoniques d'écho sont en cours de développement vigoureux dans le monde ces dernières années.
Le laser à électrons libres à germe externe est l'une des principales voies techniques de développement du laser à électrons libres à haut gain en Chine. Actuellement, les quatre lasers à électrons libres à haut gain chinois fonctionnent en mode germe externe. Grâce aux installations de laser à électrons libres dans l'ultraviolet profond et aux rayons X mous de Shanghai, les scientifiques ont successivement réalisé la première amplification de lumière laser à électrons libres de type écho au niveau international, ainsi que la première amplification de saturation laser à électrons libres de type écho dans l'ultraviolet extrême. Afin de développer le laser à électrons libres à germe externe aux courtes longueurs d'onde, l'équipe de recherche a proposé indépendamment un nouveau mécanisme de laser à électrons libres entièrement cohérent avec cascade harmonique d'écho. Ce mécanisme a été adopté par le laser à électrons libres de type X mous de Shanghai comme principe de base, et a mené à bien l'ensemble du processus, de la vérification du principe à l'amplification de la lumière dans la bande des rayons X mous. Les résultats de la recherche montrent que, par rapport au mécanisme traditionnel de type à graine externe, ce mécanisme présente d'excellentes caractéristiques spectrales, grâce à l'adoption par les chercheurs du développement indépendant de la technologie de diagnostic par impulsions de rayons X ultrarapides (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027). Les performances supérieures de ce nouveau mécanisme en matière de contrôle de la longueur d'impulsion et de génération d'impulsions ultrarapides sont confirmées. Ces résultats de recherche pertinents offrent une voie technique viable pour la génération de lasers à électrons libres entièrement cohérents dans la bande subnanométrique et constitueront un outil de recherche idéal pour les domaines de l'optique non linéaire des rayons X et de la physico-chimie ultrarapide.
Le laser à électrons libres à cascade harmonique d'écho présente d'excellentes performances spectrales : l'image de gauche est le mode cascade conventionnel et l'image de droite est le mode cascade harmonique d'écho
L'ajustement de la longueur d'impulsion des rayons X et la génération d'impulsions ultra-rapides peuvent être réalisés par cascade harmonique d'écho
Date de publication : 08/10/2023