激光器的發(fā)明，通過提供強相干可見光變革了光學(xué)領(lǐng)域，但將該概念擴展至X射線波段，一直受制于缺少合適的增益介質(zhì)與反射鏡。當(dāng)前硬X射線自由電子激光（XFEL）設(shè)施，通過高峰值電流電子束，在長波蕩器中單次通過自放大自發(fā)輻射放大散粒噪聲，實現(xiàn)了高亮度，但時間與光譜結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)噪聲較多、多峰分布的局限。

腔基X射線自由電子激光Cavity-based X-ray free-electron laser，CBXFEL，通過在布拉格反射腔內(nèi)循環(huán)光譜濾波后的X射線脈沖，有望實現(xiàn)高重復(fù)頻率電子束同步。

圖1： 實驗裝置示意圖。

圖2： 光電二極管信號上升與下降軌跡。

近日，德國電子同步加速器研究所Patrick Rauer等在Nature上發(fā)文，實驗驗證了帶有腔內(nèi)波蕩器的X射線腔內(nèi)激光輸出行為。

在歐洲電子同步加速器的X射線自由電子激光XFEL裝置上，基于132.8米環(huán)形金剛石布拉格反射腔，在6.952 keV能量處，實現(xiàn)了多程增益的激光出射，并與超導(dǎo)加速器的2.23 MHz束團間隔精確匹配。在嚴格的腔長與角度穩(wěn)定性要求下，觀測到腔內(nèi)輻射，隨連續(xù)束團傳遞出現(xiàn)強度累積上升現(xiàn)象，產(chǎn)生了光譜純凈、微焦耳量級的脈沖。

圖3： 光學(xué)諧振腔掃描數(shù)據(jù)。

圖4： 光譜輪廓變窄。

圖5： 脈沖串內(nèi)Intra-train強度演化。

該成果證實，腔基X射線自由電子激光CBXFEL在加速器環(huán)境中實現(xiàn)的可行性，并驗證了金剛石布拉格光學(xué)元件，用于X射線諧振腔的適用性。所展示的光譜純度為下一代要求高相干、穩(wěn)定光源的X射線科學(xué)研究開辟了新道路。

參考文獻： 中國光學(xué)期刊網(wǎng)

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