《XUV自由电子激光“外衣”下的原子新现象研究取得进展》

  • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
  • 编译者: husisi
  • 发布时间:2019-10-22
  • 中国科学院上海高等研究院研究员江玉海和德国海德堡马普所合作,发现强XUV自由电子激光场中原子双激发态电子结构变化新现象,相关结果以Strong-Field Extreme-Ultraviolet Dressing of Atomic Double Excitation 为题发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上,文章被编辑推荐(Editors' Suggestion)和同时入选APS physics精选论文“Featured in Physics”。

    强XUV激光照射一个原子,原子的电子结构会受到“扭曲形变”,这种变化对认识探索强激光与物质在最基本层面上的相互作用是非常有意义的。研究人员利用XUV自由电子激光操纵氦原子中双激发态,首次发现它受到激光场强度变化影响而产生改变的一些特殊规律,继而认识到通过外场激光调控物质中电子对快速演化以及强关联规律(如下图所示),对未来研究强场材料物理和物理化学等学科有着重要的科学意义。

    实验主要由德国海德堡马普所组织,通过和上海高研院合作,在德国汉堡FLASH光源上完成,研究标注感谢了国家自然科学基金重点合作与交流项目和国家自然科学基金重大仪器研制项目的支持。该工作不仅让研究人员掌握了国际先进技术,对正在进行中的上海SFEL光源建设以及未来将开展的科学研究方向也有重要的指导作用。

    图:XUV自由电子激光与氦原子相互作用原理示意

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    • 编译者:guokm
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    • 近日,中国科学院上海高等研究院和中国科学院上海应用物理研究所自由电子激光团队在外种子自由电子激光方面取得重要进展,理论提出了一种相干能量调制的自放大机制,并且基于上海软X射线自由电子激光装置(SXFEL),完成了实验验证。研究表明,这种新机制可以极大降低外种子自由电子激光对外种子激光的功率需求,解决了外种子自由电子激光通往高重复频率运行的关键问题。相关成果以“Self-Amplification of Coherent Energy Modulation in Seeded Free-Electron Lasers”为题,发表在知名物理学期刊《Physical Review Letters》,论文第一作者为颜佳伟博士研究生,邓海啸研究员、赵振堂院士为论文共同通讯作者。 图1. 相干能量调制的自放大机制原理图 自由电子激光利用相对论电子束产生具有极高亮度的飞秒至阿秒级X射线脉冲,目前已经成为原子分子物理,材料科学和生命科学等许多领域的关键工具。外种子自由电子激光利用外部种子激光对电子束团引入相干能量调制,从而产生高稳定性、全相干的自由电子激光脉冲。然而,现有运行模式对种子激光的性能需求,尤其是高峰值功率需求,成为了外种子自由电子激光通往高重复频率运行的瓶颈。 在该项工作中,研究人员提出利用电子束团的自调制来放大初始的相干能量调制,从而将外部种子激光的峰值功率需求放松1-2个量级。同时,利用上海软X射线自由电子激光装置已经具备的硬件条件,成功演示了对种子激光峰值功率需求10-25倍的放松。实验中,266纳米种子激光仅仅引入了1.8倍切片能散的能量调制,通过自放大,实现了单级HGHG在种子激光的7次谐波放大出光,两级级联HGHG在种子激光的30次谐波放大出光。这是目前国际上“工作谐波/激光调制”效率最高的外种子自由电子激光放大结果。该结果为兆赫兹级重复频率的外种子自由电子激光铺平了道路,有望为时间分辨谱学和极紫外光刻等技术带来新的突破。 自放大机制在SXFEL的成功实验运行,对当前及未来自由电子激光等大科学装置的发展具有重要的实际意义并且产生深远的影响。目前国际上,European XFEL、LCLS-II、SHINE等一批超导加速器驱动的高重复频率自由电子激光装置正在先后建设并投入运行。自放大机制可以成为连续波超导加速器驱动的下一代外种子型光源的标准模式,除此之外,相干能量调制的自放大机制在提升外种子自由电子激光稳定性、增强群聚因子、拓展工作波长及超快脉冲产生等方面有着重要的潜在应用前景。 本项研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重点项目、中国科学院和上海市的资助支持。  
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    • 来源专题:光电信息技术
    • 编译者:王靖娴
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    •   【内容概述】近日,南开大学物理科学学院蔡卫教授、许京军教授领导的课题组首次在实验上证实了二维尺度下的史密斯-珀塞尔辐射,即极化激元的产生,并且进一步展示了自由电子对二维史密斯-珀塞尔辐射调控能力。该研究成果以“二维史密斯珀塞尔辐射(Smith-Purcell Radiation in Two Dimensions)”为题在线发表于国际知名期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters)上。    研究团队通过自由电子与设计的金属纳米孔阵列之间的相互作用观测到二维史密斯-珀塞尔辐射,并进一步通过引入二维相控阵雷达效应,证明了二维史密斯-珀塞尔辐射方向的主动调控性。这一创新成果不仅加深了对自由电子和光相互作用的理解,也在构建利用电子产生和操控二维光学平台等方面具有重要意义。 本研究相关工作得到了国家科技部重点研发计划项目、广东省基础与应用基础研究重大项目以及国家自然科学基金委等项目的资助。