【產(chǎn)通社，6月8日訊】中國科學(xué)院（Chinese Academy of Sciences）官網(wǎng)消息，阿秒光源作為研究量子系統(tǒng)亞飛秒尺度電子動(dòng)力學(xué)的關(guān)鍵工具，面臨實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度孤立X射線脈沖的挑戰(zhàn)。X射線自由電子激光（XFEL）能夠產(chǎn)生超短超強(qiáng)的激光脈沖，是基于電子直線加速器的先進(jìn)光源。增強(qiáng)型自放大自發(fā)輻射是FEL中產(chǎn)生超短脈沖的主流方法，該方法通過增強(qiáng)電子束的局部峰值流強(qiáng)來產(chǎn)生阿秒量級(jí)的超快X射線。為實(shí)現(xiàn)阿秒X射線與外部泵浦激光精確同步，理想方案是采用超快激光對(duì)電子束進(jìn)行調(diào)制，但這一方案的主要問題是調(diào)制激光會(huì)在主峰旁邊產(chǎn)生多個(gè)小峰，嚴(yán)重降低阿秒脈沖的信噪比。

針對(duì)上述問題，中國科學(xué)院上海高等研究院研究員馮超團(tuán)隊(duì)聯(lián)合上海光學(xué)精密機(jī)械研究所副研究員黃志遠(yuǎn)團(tuán)隊(duì)，提出利用氣壓梯度空芯光纖良好的寬譜傳輸能力與可調(diào)控的色散/非線性特性，將多周期中紅外激光壓縮至亞周期尺度，并利用該亞周期激光調(diào)制電子束來獲得孤立的電流尖峰，且在波蕩器中實(shí)現(xiàn)高信噪比孤立阿秒FEL脈沖的產(chǎn)生。同時(shí)，該亞周期激光與阿秒FEL自然同步，為阿秒泵浦-探測(cè)提供理想的工具。

研究發(fā)現(xiàn)，氣壓梯度空芯光纖核心優(yōu)勢(shì)在于通過精確選擇氣體介質(zhì)與優(yōu)化氣壓梯度，可實(shí)現(xiàn)非線性與色散特性的靈活調(diào)控�；诠伦幼詨嚎s效應(yīng)，激光脈沖在波導(dǎo)反常色散與自相位調(diào)制的協(xié)同作用下可實(shí)現(xiàn)高效壓縮。模擬結(jié)果表明，采用氣壓梯度空芯光纖可將中心波長4μm、脈沖能量640μJ、脈沖長度40fs的輸入脈沖壓縮至5.7fs（約0.4個(gè)光周期）。

同時(shí)，研究顯示，氣壓梯度空芯光纖產(chǎn)生的亞周期激光與FEL中電子束發(fā)生相互作用，使電子束產(chǎn)生近乎單周期的能量調(diào)制，進(jìn)而產(chǎn)生單尖峰的電流調(diào)制。進(jìn)一步，該電子束被傳輸?shù)紽EL放大器中，最終輻射輸出高強(qiáng)度、高信噪比的孤立X射線脈沖，其中心波長為1nm，脈寬約580as，峰值功率達(dá)30GW。這種高強(qiáng)度超短脈沖可為價(jià)電子動(dòng)力學(xué)探測(cè)、光電發(fā)射延遲測(cè)量以及量子隧穿時(shí)間表征等前沿科學(xué)研究提供新工具。

該研究實(shí)現(xiàn)了空芯光纖產(chǎn)生的超強(qiáng)亞周期脈沖與阿秒FEL脈沖自然的時(shí)間同步性，可基于X射線自由電子激光大科學(xué)裝置構(gòu)建高精度紅外激光泵浦-阿秒X射線探測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并有望應(yīng)用于超快科學(xué)領(lǐng)域。

近期，相關(guān)研究成果以Isolated attosecond free-electron laser based on a sub-cycle driver from hollow capillary fibers為題，發(fā)表在《超快科學(xué)》（Ultrafast Science）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會(huì)和中國科學(xué)院的支持。查詢進(jìn)一步信息，請(qǐng)?jiān)L問官方網(wǎng)站https://www.cas.cn/syky/202505/t20250526_5070013.shtml，以及https://spj.science.org/doi/10.34133/ultrafastscience.0099。（Robin Zhang，產(chǎn)通數(shù)造）    （完）