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光学谐振腔-X射线自由电子激光XFEL

点击次数:1113 发布时间:2026/2/10 18:04:46

激光器的发明,通过提供强相干可见光变革了光学领域,但将该概念扩展至X射线波段,一直受制于缺少合适的增益介质与反射镜。当前硬X射线自由电子激光(XFEL)设施,通过高峰值电流电子束,在长波荡器中单次通过自放大自发辐射放大散粒噪声,实现了高亮度,但时间与光谱结构呈现噪声较多、多峰分布的局限。


腔基X射线自由电子激光Cavity-based X-ray free-electron laser,CBXFEL,通过在布拉格反射腔内循环光谱滤波后的X射线脉冲,有望实现高重复频率电子束同步。




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图1: 实验装置示意图。


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图2: 光电二极管信号上升与下降轨迹。


近日,德国电子同步加速器研究所Patrick Rauer等在Nature上发文,实验验证了带有腔内波荡器的X射线腔内激光输出行为。


在欧洲电子同步加速器的X射线自由电子激光XFEL装置上,基于132.8米环形金刚石布拉格反射腔,在6.952 keV能量处,实现了多程增益的激光出射,并与超导加速器的2.23 MHz束团间隔精确匹配。在严格的腔长与角度稳定性要求下,观测到腔内辐射,随连续束团传递出现强度累积上升现象,产生了光谱纯净、微焦耳量级的脉冲。


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图3: 光学谐振腔扫描数据。

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图4: 光谱轮廓变窄。

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图5: 脉冲串内Intra-train强度演化。


该成果证实,腔基X射线自由电子激光CBXFEL在加速器环境中实现的可行性,并验证了金刚石布拉格光学元件,用于X射线谐振腔的适用性。所展示的光谱纯度为下一代要求高相干、稳定光源的X射线科学研究开辟了新道路。


参考文献: 中国光学期刊网




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