Недавние исследования раскрывают фундаментальный процесс генерации свободных электронов, открывая новые направления для изучения и использования лазерного луча, пишет eurekalert.org. Лазеры на свободных электронах (ЛСЭ) генерируют коротковолновое излучение исключительной яркости в сверхбыстрых временных масштабах. ЛСЭ, разработанные за последние три десятилетия, представляют собой важный инструмент исследования для физики, биологии, химии и других областей.

В отличие от других источников синхротронного света, усиление импульсов ЛСЭ происходит за счет сильного и непрерывного взаимодействия электромагнитных волн и релятивистских электронных лучей в периодической решетке переменных дипольных магнитных полей, известной как ондулятор. Ондулятор для современных рентгеновских ЛСЭ (XFEL) использует петлю положительной обратной связи – революционную разработку, которая облегчает исследования в мире нанометров. Хотя XFEL продолжают развиваться, один из основных процессов генерации FEL – энергообмен в подпериоде ондулятора – до недавнего времени не измерялся напрямую.

Исследователи из Шанхайского института перспективных исследований и Шанхайского института прикладной физики Китайской академии наук внесли свой вклад в более глубокое понимание физики ЛСЭ, оценив взаимодействие между ультрафиолетовым лазером и релятивистским электронным пучком в чистом дипольном магните.

Как сообщает Advanced Photonics, команда использовала 266-нм лазер на испытательном стенде ЛСЭ в Шанхае для модуляции электронного луча с энергией 800 МэВ. В эксперименте модуляция энергии электронного пучка наблюдалась непосредственно через структуру поперечного отклонения в полосе x и составляла 40 кэВ. Результаты показали, что короткий дипольный магнит может служить эффективным инструментом для введения модуляции энергии релятивистских электронных пучков, эффективно настраивая свойства импульса ЛСЭ, вводя точные изгибы на пути.

Команда также продемонстрировала возможность использования модуляции энергии, полученной в дипольном магните, для генерации ЛСЭ на шестой гармонике затравочного лазера. Используя затравочный лазер с пиковой мощностью в сотни гигаватт, они показали, что можно напрямую получить амплитуду модуляции энергии порядка миллиона электрон-вольт (МэВ) для затравочных ЛСЭ.

По словам первого автора Цзявэй Яня, бывшего аспиранта Шанхайского института прикладной физики, а в настоящее время физика в Европейском XFEL, «работа завершает последние необходимые экспериментальные измерения физики ЛСЭ, раскрывая наиболее фундаментальный процесс генерации ЛСЭ и открывая новые возможности направления для изучения и использования взаимодействий лазерного луча».

В свете результатов Ян предсказывает разработку компактных систем лазерных нагревателей для XFEL высокой яркости, стабильных модуляторов энергии для XFEL на основе плазменных ускорителей и даже новых излучателей для будущих источников когерентного света.