Author Affiliations
Abstract
Shanghai Advanced Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, China
Attosecond soft X-ray pulses are of great importance for the study of ultrafast electronic phenomena. In this paper, a feasible method is proposed to generate isolated fully coherent attosecond soft X-ray free electron laser via optical frequency beating. Two optical lasers with the opposite frequency chirps are used to induce a gradient frequency energy modulation, which helps to generate a gradually varied spacing electron pulse train. Subsequently, the undulator sections with electron beam delay lines are used to amplify the target ultra-short radiation. Numerical start-to-end simulations have been performed and the results demonstrate that an isolated soft X-ray pulse with the peak power of 330 GW and pulse duration of 620 as can be achieved by the proposed technique.
free electron laser frequency beating isolated attosecond pulses soft X-ray High Power Laser Science and Engineering
2023, 11(3): 03000e33
Author Affiliations
Abstract
1 Chinese Academy of Sciences, Shanghai Institute of Applied Physics, Shanghai, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
3 European XFEL, Schenefeld, Germany
4 Chinese Academy of Sciences, Shanghai Advanced Research Institute, Shanghai, China
The spectroscopic methods for the ultrafast electronic and structural dynamics of materials require fully coherent extreme ultraviolet and soft X-ray radiation with high-average brightness. Seeded free-electron lasers (FELs) are ideal sources for delivering fully coherent soft X-ray pulses. However, due to state-of-the-art laser system limitations, it is challenging to meet the ultraviolet seed laser’s requirements of sufficient energy modulation and high repetition rates simultaneously. The self-modulation scheme has been proposed and recently demonstrated in a seeded FEL to relax the seed laser requirements. Using numerical simulations, we show that the required seed laser intensity in the self-modulation is ~3 orders of magnitude lower than that in the standard high-gain harmonic generation (HGHG). The harmonic self-modulation can launch a single-stage HGHG FEL lasing at the 30th harmonic of the seed laser. Moreover, the proof-of-principle experimental results confirm that the harmonic self-modulation can still amplify the laser-induced energy modulation. These achievements reveal that the self-modulation can not only remarkably reduce the requirements of the seed laser but also improve the harmonic upconversion efficiency, which paves the way for realizing high-repetition-rate and fully coherent soft X-ray FELs.
high repetition rate free-electron laser self-modulation fully coherent soft X-ray Advanced Photonics Nexus
2023, 2(3): 036004
1 中国科学院上海应用物理研究所,上海 201800
2 中国科学院大学,北京 100049
3 中国科学院上海高等研究院上海光源中心,上海 201204
基于回声增强高次谐波产生,提出了能够产生软X射线波段双色自由电子激光脉冲的方案,并对该方案进行了理论模拟和关键技术研究。研究给出了双色种子激光的产生方案,搭建了双色种子激光系统,该系统可以产生中心波长分别为264.8 nm和265.3 nm、脉冲延时可调的双色种子激光。基于该双色种子激光,在模拟中最终可以得到波长分别为5.884 nm和5.894 nm、峰值功率约为300 MW、脉冲延时可调的软X射线双色自由电子激光辐射脉冲。
X射线光学 双色 软X射线 自由电子激光 回声增强高次谐波产生
同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所,先进微结构材料教育部重点实验室,上海市数字光学前沿科学研究基地,上海市全光谱高性能光学薄膜器件与 应用专业技术服务平台,上海200092
纳米计量技术是纳米尺度上的精密测量技术,是先进纳米制造技术的基础。其中,溯源性是纳米计量的基础问题,而研制纳米计量标准物质是实现纳米测量溯源性传递、保证纳米几何量值测试的统一性和准确性的关键环节。为适应纳米计量扁平化量值传递溯源的要求,基于铬跃迁频率,采用原子光刻技术和软X射线干涉技术制备了1D 212.8 nm,2D 212.8 nm,1D 106.4 nm 3种自溯源光栅标准物质;在多层膜沉积技术研制硅纳米线宽结构的基础上,探索了基于硅晶格常数的硅纳米线宽自溯源型测量方法。在应用领域,开展了自溯源光栅对扫描探针显微镜、扫描电子显微镜等高精密测量仪器的校准研究。研究结果表明,自溯源型标准物质及其测量方法缩短了精密仪器和加工技术过程中的纳米长度计量溯源链,是先进纳米制造和新一代信息技术的有力支撑。
纳米科技 纳米计量 自溯源标准物质 原子光刻技术 软X射线干涉光刻技术 多层膜沉积技术 nanotechnology nanometrology self-traceable reference material atom lithography soft X-ray interference lithography multilayer deposition technology 光学 精密工程
2022, 30(21): 2608
1 长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室,长春 130022
2 中国科学院高能物理研究所 粒子天体物理中心,北京 100049
3 北京化工大学 数理学院,北京 100029
分别以AZ50XT和聚乙烯醇为脱膜剂,在本底真空度为5.0×10-4 Pa的磁控溅射镀膜机中沉积Al膜,制备出厚度为80 nm的自支撑Al滤光片,并对滤光片进行表面缺陷分析。通过扫描电镜和CMOS相机观察得到,制备的Al滤光片表面均匀性较好,有少量针孔。对滤光片的光学性能进行了表征。用紫外可见分光光度计测得滤光片在可见光及红外光波段的透过率低于0.02%,基本满足使用要求。用软X射线透过率测试系统测得滤光片在1.6~10 keV能段的透过率高于90%,透过率曲线与理论结果基本一致,满足应用要求。用同步辐射装置测得两种滤光片在50~250 eV能段的最高透过率分别为53%和35%,受Al膜表面氧化和脱膜剂残留的影响,实际测得的透过率比理论计算值偏低。
薄膜 自支撑 脱膜剂 软X射线 极紫外 透过率 Thin films Self-supporting Release agent Soft X-ray Extreme ultraviolet Transmittance
强激光与粒子束
2022, 34(3): 031020
强激光与粒子束
2021, 33(5): 054003
1 中山大学大气科学学院, 广东 珠海 519082
2 中山大学公共实验教学中心, 广东 广州 510275
3 南方海洋科学与工程广东省实验室 (珠海), 广东 珠海 519082
4 广东省气候变化与自然灾害研究重点实验室, 广东 广州 510275
5 华南气候环境与全球变化综合观测开放实验站, 广东 广州 510275
运用扫描电迁移率粒径谱仪对比测试自制软 X 射线中和器 (CM-SXR) 与商业化 TSI 高级气溶胶中和器 (TSI-SXR)。研究结果表明, 对于 20 nm 以上颗粒物, 在差分电迁移率分析仪 (SMPS) 筛分负电荷模式下, 对不同颗粒物 (聚苯乙烯乳胶颗粒、硫酸铵及氯化钠颗粒、室内空气颗粒) 的测试均显示, 使用自制中和器比使用 TSI 中和器测量所得的颗粒物数浓度要高, 浓度差异最大达 40%; 而在筛分正电荷模式下, 其结果正好相反, 最大浓度差达 77%。 造成上述差异的原因可能是由于软 X 射线在两种中和器中放置位置不同而导致放射程度不同以及停留时间存在差异, 从而最终导致中和器中颗粒物正负电荷分布不同。
软 X 射线 中和器 大气气溶胶 粒径分布 颗粒中和 soft X-ray neutralizer atmospheric aerosols size distribution particle neutralizing 大气与环境光学学报
2020, 15(6): 438
清华大学环境学院, 环境模拟与污染控制国家重点联合实验室, 北京 100084
现有荷电器对 1 ~ 3 nm 气溶胶的通过效率和荷电效率都较低。研发了一种新型软 X 射线气溶胶双极荷电器, 通过结构设计的改进极大地提高了 3 nm 以下气溶胶的通过效率, 同时该荷电器对不同粒径气溶胶的本征荷电效率仍与现有荷电器相近。实验室评测结果表明: 在 1 L · min -1 流量下, 新型荷电器对 3 nm 以下不同粒径气溶胶的通过效率与 TSI 3088 软 X 射线荷电器相比可提高 175% ~ 300%; 在 2.5 L · min -1 流量下, 可提高 115% ~ 173%。同时, 新型荷电器对 10 ~ 40 nm 及 3 nm 以下气溶胶的本征荷电效率与目前广泛使用的 Fuchs 稳态理论近似公式计算得出的荷电效率及其他类似荷电器的实测荷电效率基本吻合。 相对于现有的商业荷电器, 该新型荷电器对 3 nm 以下气溶胶有着更高的表观荷电效率, 具有潜在的应用价值。
气溶胶荷电器 软 X 射线 3 nm 以下气溶胶 通过效率 荷电效率 aerosol charger soft X-ray sub-3 nm particles penetration efficiency charging efficiency 大气与环境光学学报
2020, 15(6): 429