Wetenschappers van het Shanghai Advanced Research Institute (SARI) van de Chinese Academie van Wetenschappen hebben een nieuwe aanpak voorgesteld en gevalideerd voor de single-shot karakterisering van ultrakorte vrije-elektronenlaserpulsen op basis van zelfrefererende spectrale interferometrie. Hun innovatieve aanpak, gepubliceerd in Physical Review Letters , biedt een veelbelovende oplossing voor de uitdagingen van ultrasnelle wetenschappelijke experimenten.

Attoseconde-lichtpulsen kunnen worden gebruikt om de elektronische beweging in atomen en moleculen waar te nemen en te manipuleren, waardoor wetenschappers een dieper inzicht krijgen in chemische reacties, elektronische structuren en moleculaire dynamiek. De volledige spectrotemporele karakterisering van attoseconde röntgenvrije-elektronenlasers is van groot belang voor ultrasnelle wetenschappelijke experimenten. De nauwkeurige single-shot-karakterisering van deze pulsen is echter een groot knelpunt gebleken bij de toepassing van attoseconde röntgenvrije-elektronenlasers.

Onder leiding van prof. Feng Chao hebben de onderzoekers een aanpak voorgesteld waarbij het frequentietrekkende effect wordt gebruikt als een manier om de spectrale afschuiving te induceren. Deze aanpak maakt het mogelijk om zowel de ultrasnelle stralingspuls als de referentiepuls uit dezelfde elektronenbundel te genereren, waardoor zelf-gerefereerde spectrale interferometrie van de stralingspuls mogelijk wordt.

Met behulp van de parameters van de Shanghai-faciliteit voor zachte röntgenvrije elektronenlasers hebben de onderzoekers aangetoond dat deze aanpak nauwkeurig de volledige spectrotemporele informatie van attoseconde röntgenpulsen kan reconstrueren, met een reconstructiefoutenpercentage van minder dan 6%.

Vergeleken met traditionele ultrasnelle pulskarakteriseringsmethoden in vrije-elektronenlaserfaciliteiten heeft deze aanpak verschillende voordelen. Het maakt gebruik van eenvoudige apparatuur, maar bereikt toch een hoge diagnostische efficiëntie bij realtime en eenmalige metingen.

Tegelijkertijd biedt het volledige spectrotemporele informatie en een hogere diagnostische precisie voor kortere stralingspulsen. Deze voordelen bieden een unieke diagnostische aanpak voor het optimaliseren en verfijnen van ultrasnelle röntgenvrije-elektronenlasers en toekomstige attoseconde wetenschappelijke experimenten op basis van röntgenvrije-elektronenlasers.

Deze studie markeert een belangrijke doorbraak in uiterst nauwkeurige real-time diagnostiek voor attoseconde vrije-elektronenlaserpulsen.

Meer informatie: Yaozong Xiao et al., Zelf-gerefereerde spectrale interferometrie voor single-shot karakterisering van ultrakorte vrije-elektronenlaserpulsen, Fysieke beoordelingsbrieven (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.205002

Journaalinformatie: Fysieke beoordelingsbrieven

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen