近日，中國科學院院士、中國科學院大連化學物理研究所研究員楊學明，研究員張未卿團隊與深圳先進光源研究院科研團隊合作，在超快軟X射線自由電子激光領域取得新進展。研發團隊提出一種基于等離子體的高效啁啾脈沖壓縮方法，從理論和模擬層面證明了該方法可突破傳統技術的效率瓶頸，為實現超高亮度的軟X射線激光超短脈沖輸出提供了新路徑。相關成果發表在《物理評論快報》。
高效啁啾脈沖壓縮方法示意圖。大連化物所供圖
高亮度、超快時間尺度的X射線激光脈沖是在原子時空維度上觀測物質內部非線性和超快動力學過程的關鍵工具，是當前前沿科學研究不可或缺的手段。自由電子激光作為產生這類超快X射線脈沖的核心裝置，其啁啾脈沖放大技術對提升激光峰值功率至關重要。然而，傳統光柵啁啾壓縮器在軟X射線波段的傳輸效率較低，嚴重限制了最終輸出激光的峰值功率。因此，亟需開發一種全新的高效軟X射線脈沖壓縮方法。
針對上述挑戰，研究團隊提出了一種全新的解決方法：利用惰性氣體等離子體作為壓縮介質，以實現超快軟X射線激光輸出。該方法的核心原理是利用軟X射線激光在接近等離子體離子共振頻率時產生的強折射率色散效應，對預先展寬的啁啾脈沖進行精確的色散補償，從而實現時間維度上的壓縮。基于回聲增強諧波產生自由電子激光模型產生的啁啾脈沖，研究團隊開展了系統的模擬分析。結果表明，該方法的傳輸效率超過70%，可將25飛秒的軟X射線脈沖壓縮至1.4飛秒，同時將脈沖峰值功率從23.5吉瓦提升至100吉瓦以上。
該方法設計巧妙，與現有自由電子激光設施高度兼容，具備良好的實驗可行性。
相關論文信息：https://doi.org/10.1103/d7r7-46ld