大化所提出高效等离子体啁啾压缩方法 实现阿秒软X射线激光输出

近日，我所化学反应动力学全国重点实验室大连光源科学研究室杨学明院士、张未卿研究员团队与深圳先进光源研究院科研团队合作，在超快软X射线自由电子激光(FEL)领域取得新进展。研发团队提出一种基于等离子体的高效啁啾脉冲压缩方法，从理论和模拟层面证明了该方法可突破传统技术的效率瓶颈，为实现超高亮度、阿秒级的软X射线激光脉冲输出提供了新路径。

高亮度、超快时间尺度(飞秒至阿秒尺度)的X射线激光脉冲是在原子时空维度上观测物质内部非线性和超快动力学过程的关键工具，是当前前沿科学研究不可或缺的手段。自由电子激光作为产生这类超快X射线脉冲的核心装置，其啁啾脉冲放大(CPA)技术对提升激光峰值功率至关重要。然而，传统光栅啁啾压缩器在软X射线波段的传输效率较低，严重限制了最终输出激光的峰值功率。因此，亟需开发一种全新的高效软X射线脉冲压缩方法。

针对上述挑战，研究团队提出了一种全新的解决方法：利用惰性气体(如氩离子，Ar⁸⁺)等离子体作为压缩介质，以实现阿秒软X射线激光输出。该方法的核心原理是利用软X射线激光在接近等离子体离子共振频率时产生的强折射率色散效应，对预先展宽的啁啾脉冲进行精确的色散补偿，从而实现时间维度上的压缩。基于回声增强谐波产生(EEHG)自由电子激光模型产生的啁啾脉冲，研究团队开展了系统的模拟分析。结果表明，该方法的传输效率超过70%，可将25飞秒的软X射线脉冲压缩至1.4飞秒，同时将脉冲峰值功率从23.5吉瓦提升至100吉瓦以上。该方法设计巧妙，与现有自由电子激光设施高度兼容，具备良好的实验可行性。

相关研究成果以“High-Efficiency Plasma-Based Compressor for Ultrafast Soft X-Ray Free-Electron Lasers”为题，于近日发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上。该研究工作得到了国家自然科学基金、辽宁省兴辽英才计划、中国科学院B类先导专项“基于极紫外光源的化学反应过渡态精准探测”等项目的资助。

审核编辑 黄宇