上海光源科學(xué)中心自由電子激光團隊在X射線(xiàn)自由電子激光振蕩器研究方面取得重要進(jìn)展，理論提出了***種產(chǎn)生渦旋X光的方法。研究表明，僅僅通過(guò)增益失諧的調節，X射線(xiàn)自由電子激光振蕩器的輸出就可以從傳統的高斯光變?yōu)闇u旋光。7月17日，相關(guān)研究成果以Generating X-rays with orbital angular momentum in a free-electron laser oscillator為題，以研究快報的形式，發(fā)表在Optica上。
 
渦旋光是特殊性質(zhì)的光，其產(chǎn)生、調控和探測是光學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。渦旋光已應用于數據傳輸、操縱微觀(guān)粒子運動(dòng)和精密測量等領(lǐng)域。渦旋光的產(chǎn)生通常需要螺旋相位板或全息光柵等難以加工的光學(xué)器件，非常不易，尤其是X射線(xiàn)渦旋光的產(chǎn)生是亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。自由電子激光是***種基于粒子加速器的先進(jìn)光源，可以產(chǎn)生高亮度，短脈沖的X射線(xiàn)，渦旋光與自由電子激光結合有望為光子科學(xué)提供新的機遇。當前，自由電子激光產(chǎn)生渦旋X光的方案需要螺旋波蕩器，且要工作在調制激光的高次諧波上，也不易實(shí)現。
 
為了解決這***問(wèn)題，研究人員提出了***種在X射線(xiàn)自由電子激光振蕩器中產(chǎn)生全相干渦旋光的方法。該方法無(wú)須光學(xué)轉換元件和螺旋波蕩器，僅僅利用了增益失諧來(lái)控制高階橫向模式的增益，從而在傳統X射線(xiàn)自由電子激光振蕩器中自然地產(chǎn)生渦旋光?；谏虾Ｓ瞂射線(xiàn)自由電子激光裝置的模擬結果顯示，該方法能在1兆赫茲重復頻率下產(chǎn)生單個(gè)脈沖能量為100微焦的渦旋X光束。這是目前全相干渦旋X光的產(chǎn)生方案，對于進(jìn)***步拓展X射線(xiàn)自由電子激光振蕩器研究、開(kāi)發(fā)新的實(shí)驗方法有重要意義。
 
2008年，X射線(xiàn)自由電子激光振蕩器概念提出以來(lái)，上海光源中心自由電子激光團隊已在X射線(xiàn)自由電子激光振蕩器研究方面取得進(jìn)展：提出了X射線(xiàn)自由電子激光振蕩器的諧波運行模式(Physical Review Letters, 108, 034802)，在該模式下，中等能量電子束團可以驅動(dòng)X(jué)射線(xiàn)自由電子激光振蕩器，降低了對電子束能量的要求(2012年)；提出了增益光導型X射線(xiàn)自由電子激光振蕩器(Applied Physics Letters, 113, 061106)，在沒(méi)有聚焦元件狀態(tài)下，增益自聚焦效應可以維持X射線(xiàn)自由電子激光振蕩器的橫向模式，而輸出效率和穩定性不受影響(2018年)。
 
研究工作得到******自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目、******重點(diǎn)研發(fā)計劃、中科院和上海市的支持。

注：文章來(lái)源于上海高等研究院