没有激光的自由电子激光器的悖论:一种相干辐射的新来源

激光光学粒子加速器概念

在紫外光谱区域中产生相干光的新方法,指出了发展辉煌的台式X射线源的方式,已经在Strathclyde大学的研究中产生。

科学家们开发了一种类型的超短波长相干光源,不需要激光动作来产生一致性。公共电子束基光源,称为第四代光源,基于自由电子激光器(FEL),其使用波峰将电子束能量转换为X射线。

相干光源是强大的工具,可以在许多医学领域,生物学,材料科学,化学和物理学进行研究。yabovip2021yabo124

“这种制造相干辐射的新方法可以彻底改变光源,因为它将使它们具有高度紧凑,基本上表的尺寸,并且能够产生超短的光脉冲,而不是通过任何其他方式轻松生产的超短持续时间。“

制作紫外线和X射线相干光源更广泛可用会改变科学方式所做的方式;一个大学可以在一个房间里有一个设备,桌面上,价格合理。

该集团现在计划在紫外光谱范围内规划原则上的实验,以证明这种产生相干光的新方法。如果成功,它应该基于相同的原理显着地加速较短波长相干源的开发。Strathclyde集团已建立一个设施,以调查这些类型的来源:苏格兰基于等离子体的加速器(SCAPA)的苏格兰中心,该中心托管英国最高功率激光器之一。

新的研究已发表于此科学报告是一个自然的期刊之一。

Strathclyde物理系的Dino Jaroszynski教授领导了研究。他说:“这项工作通过提出使用短的起伏器和AttoSecond持续时间电子束来提出一种产生短波长相干辐射的新方法,大大提高了同步rotron来源的最新技术。

“这比自由电子激光器更紧凑,更苛刻的电子束质量要求,并且可以在光源中提供范例偏移,这将刺激新的研究方向。它建议使用束压缩 - 如在啁啾脉冲放大激光器中 - 在波浪状物内,以显着提高辐射亮度。

“所呈现的新方法将对不同的社区开发和使用光源广泛兴趣。”

在FELs中,就像在所有激光器中一样,光的强度被一个反馈机制放大,这个反馈机制锁定了单个辐射体的相位,在这种情况下,单个辐射体是“自由”电子。在自由电子激光中,这是通过让高能电子束通过一个由交替极性磁铁组成的波动器来实现的。

从电子发射时从电子发射的光产生了一种称为追逐电力的力,这些力串到电子 - 有些被加速,一些被加速,这导致束缚,类似于高速公路上的流量周期性地减慢和加速。

通过起伏器的电子辐射不合的光,如果它们均匀分布 - 对于发出光的每个电子,还有另一电子器件,因为它们辐射出阶段之外部分抵消光。这种部分抵消的类比是海上的雨:它产生许多小涟漪,它们相互抵消,有效地伸出波浪 - 减小它们的幅度。相比之下,稳定或脉动风会导致波浪通过风与海的相互相互作用放大。

在FEL中,电子团聚导致光的放大和其相干性的增加,这通常需要很长时间 - 因此需要很长的波浪机。在X射线FEC中,波浪状物可以长达一百米。驾驶这些X射线纤维的加速器是长短长的,这使得这些设备非常昂贵,以及世界上最大的一些仪器。

但是,使用自由电子激光器产生相干辐射不是唯一的方法;“预束缚”光束或超短电子束也可用于在非常短的波浪状物中实现完全相同的相干性,其长度小于米。只要电子束短于由波长仪产生的光的波长短,它将自动产生相干光 - 所有光波都会加起来平衡或干扰,这导致非常精彩的光线,光线具有完全相同的光从激光。

研究人员从理论上证明了这可以使用激光来实现这一点等离子体Wakefield加速器,其产生可具有几十纳米长度的电子束。他们表明,如果这些超短束高能电子通过短的起伏器,它们可以产生尽可能光子作为非常昂贵的FEL可以产生。此外,它们还表明,通过产生具有能量“啁啾”的电子束,它们可以将束压缩到起伏器内的非常短的持续时间,这提供了甚至更短的电子束的独特方式,从而产生甚至更短的波长光。

参考:“真空紫外线相干波浪辐射来自Attosecond Electron on Hunches”,Bruneti,Bas Van der Geer,Marieke de Loos,Kay A. Dewhurst,Andrzej Kornaszewski,Antoine Maitrallain,Bruno D. Muratori,Hywel L. Owen,S. MarkWiggins和Dino A. Jaroszynski,2021年7月16日,科学报告
DOI:10.1038 / S41598-021-93640-8

该研究合作还涉及曼彻斯特大学,荷兰的Pulsar物理和Daresbury Laboratories的STFC Astec集团。该研究已从EPSRC(工程和物理科学研究委员会)获得资金,以支持泡沫中的名为实验室的项目。

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