能源部SLAC國家加速器實驗室的直線加速器相幹光源(LCLS)等現代X射線激光設備使科學家能夠研究自然在超小和超快尺度下的行為(wei) 。但是，單個(ge) X射線脈衝(chong) 不穩定，一次發射之間波動，並且會(hui) 產(chan) 生大量背景噪聲，這些噪聲會(hui) 在高分辨率實驗中使信號模糊。

現在，SLAC科學家已經開發出一種方法，可以產(chan) 生更穩定，更連貫且波長彼此更同步的明亮X射線。這可以提高數據收集的效率，並為(wei) 新的實驗鋪平道路。他們(men) 的結果最近發表在《物理評論快報》上。

科學工具

在過去的幾年中，該團隊一直在尋找通過改善脈衝(chong) 質量來改善LCLS性能的方法。

“生產(chan) 出完美的X射線激光是我們(men) 社區的最終目標之一。” 共同作者，SLAC科學家張震說。“我們(men) 希望找到一種使X射線脈衝(chong) 類似於(yu) 經典光學激光器的脈衝(chong) 的方法，該脈衝(chong) 既穩定又相幹。”

LCLS科學副總裁Bob Schoenlein表示，這項研究將使XFEL成為(wei) 更加重要且用途廣泛的科學工具。

他說：“這是控製LCLS X射線脈衝(chong) 相幹特性的非常有前途的方法。” “它將使複雜的材料和分子係統的研究在時間和能量上都具有出色的分辨率。”

兩(liang) 全其美

研究人員一直在研究產(chan) 生更幹淨的X射線脈衝(chong) 的現有方法，例如使用“自種子”概念過濾噪聲脈衝(chong) 並將其重新注入XFEL，但發現兩(liang) 者之間存在根本的取舍。高度相幹的脈衝(chong) 和高度穩定的脈衝(chong) 。在傳(chuan) 統的自播方法中，不可能同時擁有兩(liang) 者。

他們(men) 意識到他們(men) 需要采取一種完全不同的方法來規避此問題。那時，主要作者和SLAC科學家Erik Hemsing提出了拉伸超短X射線脈衝(chong) 的想法，這種超短X射線脈衝(chong) 的獨特性質使研究人員能夠穩定和純化脈衝(chong) 。

漢姆斯說：“與(yu) 其像傳(chuan) 統的自播一樣，不對長的，有噪聲的脈衝(chong) 進行濾波，我們(men) 意識到我們(men) 應該首先產(chan) 生超短的相幹脈衝(chong) ，然後對其進行擴展和放大。” “通過這種方法，根據我們(men) 的研究，我們(men) 能夠同時顯著提高穩定性和連貫性。”

該概念依賴於(yu) 以下事實：與(yu) 長脈衝(chong) 相比，超短脈衝(chong) 的噪聲要小得多，並且相幹性更好，特別是當它們(men) 達到最大功率時。問題是短脈衝(chong) 攜帶的能量不多，對於(yu) 某些高分辨率的科學應用也不理想。研究人員找到了一種過濾這些脈衝(chong) ，然後將其放大10,000倍的方法。

“它使我們(men) 能夠在不對現有設置進行重大修改的情況下獲得想要的結果，”合著者和SLAC研究助理Alex Halavanau說。

進行測試

為(wei) 了跟進這項研究，研究小組希望在LCLS上測試該想法。Halavanau說，將來，他們(men) 希望將該技術擴展到更具能量的“硬” X射線，並使用通過該技術啟用的新的，定製的軟X射線脈衝(chong) 來更好地了解原子，光子和電子的物理性質。

SLAC加速器研究部主任黃誌榮說：“我們(men) 期待將這一想法應用到即將在LCLS-II上線的新型軟X射線波動器中。”