作者:阿里·桑德尔米尔，SLAC国家加速器实验室 实验的示意安排
研究人员从LCLS通过液体喷射发出一个x光脉冲，在那里它产生受激原子，这些原子以一种不同的颜色向同一个方向发射辐射脉冲
这个脉冲通过一系列交叉排列的反射镜反射
这个环的大小是经过精心设置的，这样脉冲就可以和来自LCLS的第二个x光脉冲同时回到液体射流中
这产生了一个更亮的激光脉冲，然后进行同样的循环
这个过程重复几次，每一次循环，激光脉冲增强，变得更加连贯
在最后一个循环中，其中一个反射镜快速切换，让激光脉冲退出
学分:格雷格·斯图尔特/SLAC国家加速器实验室 自1960年西奥多·迈曼制造出世界上第一台红外激光器以来，物理学家们就梦想着制造出能够探测超短和超快原子和分子尺度的x光激光脉冲
这个梦想最终在2009年实现了，当时世界上第一台硬X射线自由电子激光器(XFEL)，美国能源部SLAC国家加速器实验室的直线加速器相干光源(LCLS)，产生了它的第一束光
LCLS和其他XFELs在正常工作模式下的一个限制是，每个脉冲具有稍微不同的波长分布，并且在脉冲长度和强度上可能存在可变性
存在各种方法来解决这个限制，包括在特定波长“播种”激光，但是这些方法仍然达不到传统激光的波长纯度
现在，SLAC的研究人员正在开发一种紧凑的装置，这种装置可以在LCLS用一种受光学激光启发的方法产生更高质量的x光脉冲
这种新仪器可以扩大x光激光的范围，在生物学、化学、材料科学和物理学等领域开辟新的实验途径
他们最近的发现发表在上周的《国家科学院院刊》上
“随着x光科学在未来几十年的不断发展，我们需要开始考虑更好的技术，”合著者克劳迪奥·佩莱格里尼说，他是加州大学洛杉矶分校杰出的物理学荣誉退休教授和SLAC大学的兼职教授，他的工作为LCLS的发展奠定了科学基础
“我们目前的x光脉冲质量可能暂时有效，但为了在该领域继续前进，我们必须不断设想新的、更好的方法来产生更好的x光脉冲
" 了解内幕 几乎每个光学激光器的核心都有一个振荡器，它通过一系列围绕增益介质的镜面反射来引导光子，增益介质是一种用于放大光的材料，在每个环路上产生越来越强的光束
最终，单色或单色的完全相干的激光束被释放出来
目标是设计一种能与x光一起工作的激光振荡器，这是激光领域的一个长期挑战
在这个提出的装置中，研究人员首先从LCLS向束线发送一个初始的x光脉冲
这种脉冲通过液体喷射，在那里它产生受激原子，这些原子产生少量以一种不同颜色向同一方向运动的辐射
这个激光脉冲通过一系列环形排列的反射镜反射
完成循环后，脉冲与来自LCLS的第二个x光脉冲结合，产生更亮的激光脉冲，然后进行相同的循环
这个过程重复几次，每一次循环，激光脉冲增强，变得更加连贯
在最后一个循环中，其中一个反射镜快速切换，让激光脉冲退出
“结果将是一个完全相干的x光激光脉冲，比单独用XFEL产生的脉冲更亮更干净，”主要作者和SLAC研究助理亚历克斯·哈拉瓦努说
小而有力 该项目是最近获得美国能源部资助的三年努力的一部分
随着团队继续开发该设备，他们将在即将到来的实验运行中在LCLS开始测试
“我们的目标是在LCLS建造一个紧凑的仪器，提供最高质量的x光激光脉冲，以前所未有的精度探测原子和分子水平的物质，”合著者、SLAC大学杰出的科学家乌韦·博格曼说
“在LCLS还有另外两个正在进行的项目，XFELO和RAFEL，旨在通过振荡器提供精确的x光激光脉冲，”佩莱格里尼补充道，他指的是通过能源部的资助与美国能源部阿尔贡国家实验室和工业合作伙伴合作开发的项目
“我们的紧凑型设备将补充这些更大的仪器及其性能
这项研究将为LCLS未来几十年提供令人兴奋的机会
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