據悉，英國思克萊德大學研究人員對趨於(yu) 冷束極限的阿秒自由電子激光器的研究以“Attosecond-Angstrom free-electron-laser towards the cold beam limit”為(wei) 題發表在《Nature Communications》上。

電子束質量是自由電子激光器(FELs) X射線脈衝(chong) 產(chan) 生的關(guan) 鍵。最先進的線性加速器(linacs)可以提供足夠質量的多GeV電子束，用於(yu) 硬X射線FELs，盡管需要公裏級的設置，而基於(yu) 等離子體(ti) 的加速器可以在米級距離上產(chan) 生多GeV電子束，並開始達到足以用於(yu) EUV FELs的束流質量。本文中，研究人員展示了等離子體(ti) 光陰極的電子束可以在等離子尾場加速器(PWFAs)中產(chan) 生，比最先進的光陰極亮許多數量級，然後提取、捕獲、運輸和注入波動器而沒有顯著的質量損失。這些超亮的亞(ya) 飛秒電子束可以在冷束極限附近驅動硬X-FELs，產(chan) 生阿秒級的相幹X射線脈衝(chong) ，僅(jin) 在波動器運動10米後就達到飽和。這種等離子體(ti) X-FELs為(wei) 先進的光子科學能力開辟了道路，例如在自然時間和長度尺度上對原子內(nei) 部電子運動的不受幹擾的觀察，以及朝著更高的光子能量前進。

整體(ti) 設置如圖1所示，由三個(ge) 主要構建塊組成：等離子體(ti) 加速器，其中產(chan) 生超亮電子束，光束傳(chuan) 輸級，其中超亮電子束被捕獲、隔離和傳(chuan) 輸，以及波動器，產(chan) 生 X 射線脈衝(chong) 。

圖1:實驗設置。

文中，研究人員展示了從(cong) 頭到尾的模擬研究，如何從(cong) PWFA中產(chan) 生具有前所未有的發射度和亮度的亞(ya) 飛秒電子束，如何在不損失電荷的情況下傳(chuan) 輸它們(men) ，並在幾nm-rad級的發射度下完全保存，以及如何利用這些超亮光束進行阿秒埃級X-FEL脈衝(chong) 生產(chan) 。

等離子尾場加速器和等離子光電陰極注入器級

圖2:PWFA階段的胞內(nei) 粒子模擬。

束運輸階段

圖3:束傳(chuan) 輸。

圖4:用Puffin模擬的x射線FEL脈衝(chong) 產(chan) 生。

這項研究開啟了廣泛的應用和配置，例如更硬的光子能量，多色光子脈衝(chong) 和光子脈衝(chong) 的改進模式的前景。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-36592-z