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X射線自由電子激光振蕩器研究獲進(jìn)展
2021年07月20日 08:36:56
來(lái)源：上海高等研究院 點(diǎn)擊量：7027
上海光源科學(xué)中心自由電子激光團(tuán)隊(duì)在X射線自由電子激光振蕩器研究方面取得重要進(jìn)展，理論提出了一種產(chǎn)生渦旋X光的方法,。研究表明,，僅僅通過(guò)增益失諧的調(diào)節(jié)，X射線自由電子激光振蕩器的輸出就可以從傳統(tǒng)的高斯光變?yōu)闇u旋光,。
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】導(dǎo)讀：上海光源科學(xué)中心自由電子激光團(tuán)隊(duì)在X射線自由電子激光振蕩器研究方面取得重要進(jìn)展,，理論提出了一種產(chǎn)生渦旋X光的方法。研究表明,，僅僅通過(guò)增益失諧的調(diào)節(jié),，X射線自由電子激光振蕩器的輸出就可以從傳統(tǒng)的高斯光變?yōu)闇u旋光,。7月17日，相關(guān)研究成果以Generating X-rays with orbital angular momentum in a free-electron laser oscillator為題,，以研究快報(bào)的形式,，發(fā)表在Optica上。
渦旋光是特殊性質(zhì)的光,，其產(chǎn)生,、調(diào)控和探測(cè)是光學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。渦旋光已應(yīng)用于數(shù)據(jù)傳輸,、操縱微觀粒子運(yùn)動(dòng)和精密測(cè)量等領(lǐng)域,。渦旋光的產(chǎn)生通常需要螺旋相位板或全息光柵等難以加工的光學(xué)器件，非常不易,，尤其是X射線渦旋光的產(chǎn)生是亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題,。自由電子激光是一種基于粒子加速器的先進(jìn)光源，可以產(chǎn)生高亮度,，短脈沖的X射線,，渦旋光與自由電子激光結(jié)合有望為光子科學(xué)提供新的機(jī)遇。當(dāng)前,，自由電子激光產(chǎn)生渦旋X光的方案需要螺旋波蕩器,，且要工作在調(diào)制激光的高次諧波上，也不易實(shí)現(xiàn),。
為了解決這一問(wèn)題,，研究人員提出了一種在X射線自由電子激光振蕩器中產(chǎn)生全相干渦旋光的方法。該方法無(wú)須光學(xué)轉(zhuǎn)換元件和螺旋波蕩器,，僅僅利用了增益失諧來(lái)控制高階橫向模式的增益,，從而在傳統(tǒng)X射線自由電子激光振蕩器中自然地產(chǎn)生渦旋光?；谏虾Ｓ瞂射線自由電子激光裝置的模擬結(jié)果顯示,，該方法能在1兆赫茲重復(fù)頻率下產(chǎn)生單個(gè)脈沖能量為100微焦的渦旋X光束。這是目前全相干渦旋X光的產(chǎn)生方案,，對(duì)于進(jìn)一步拓展X射線自由電子激光振蕩器研究,、開(kāi)發(fā)新的實(shí)驗(yàn)方法有重要意義。
2008年,，X射線自由電子激光振蕩器概念提出以來(lái),，上海光源中心自由電子激光團(tuán)隊(duì)已在X射線自由電子激光振蕩器研究方面取得進(jìn)展：提出了X射線自由電子激光振蕩器的諧波運(yùn)行模式(Physical Review Letters, 108, 034802)，在該模式下,，中等能量電子束團(tuán)可以驅(qū)動(dòng)X射線自由電子激光振蕩器,，降低了對(duì)電子束能量的要求(2012年)；提出了增益光導(dǎo)型X射線自由電子激光振蕩器(Applied Physics Letters, 113, 061106),，在沒(méi)有聚焦元件狀態(tài)下,，增益自聚焦效應(yīng)可以維持X射線自由電子激光振蕩器的橫向模式,，而輸出效率和穩(wěn)定性不受影響(2018年)。
研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目,、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃,、中科院和上海市的支持。
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