Лазерно-плазменный ускоритель обеспечивает работу лазера на свободных электронах в течение рекордных 8 часов
Впервые было продемонстрировано, что лазерно-плазменный ускоритель может надежно поддерживать работу лазера на свободных электронах более восьми часов. Результат, опубликованный в журнале Physical Review Accelerators and Beams, был достигнут группой под руководством Финна Кохрелла из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли в сотрудничестве с техасской компанией Tau Systems — и вскоре может сделать эту технологию значительно более доступной для широкого спектра применений в промышленности и научных исследованиях.
Рис. Добавление стабилизирующих элементов в лазер на свободных электронах позволяет ему работать непрерывно более восьми часов. Источник: Финн Кохрелл и др.
Лазеры на свободных электронах (ЛСЭ) генерируют интенсивные когерентные импульсы света, чаще всего в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах. Это достигается путем пропускания пучков высокоэнергетических электронов через ондулятор: устройство, которое попеременно создает магнитное поле для ускорения электронов вперед и назад, заставляя их излучать все более яркое и когерентное излучение.
Несмотря на относительную простоту этого принципа, современные установки для получения лазеров на свободных электронах огромны: например, европейский рентгеновский лазер на свободных электронах расположен в конце линейного ускорителя длиной 3,4 километра. Лазерные плазменные ускорители (ЛПА) предлагают привлекательную альтернативу. Направляя интенсивные лазерные импульсы на плазменную мишень, они создают мощные поля, способные ускорять электроны почти до скорости света на расстоянии всего нескольких сантиметров.
Однако до сих пор электронные пучки, создаваемые лазерными усилителями, не могли ограничить колебания фокусировки лазера, энергии импульса и его длительности.
Для решения этих задач команда Кохрелла интегрировала пять активных систем стабилизации на линию пучка с ондулятором мощностью сто тераватт в центре BELLA Берклиевской лаборатории. Эти системы включали коррекцию в реальном времени поперечного и продольного положения фокуса управляющего лазера, а также энергии и длительности его импульса.
Учёные также применили маломощный "фантомный" луч: копию основного управляющего луча, которая могла обнаруживать едва заметные флуктуации, невидимые при непосредственном наблюдении за первичным лучом.
Благодаря этим дополнениям, лазер на свободных электронах смог генерировать чрезвычайно стабильную последовательность электронных пучков с энергией 100 МэВ в течение более 10 часов со скоростью 1000 пучков в секунду. Это позволило обеспечить более восьми часов непрерывной работы лазера на свободных электронах на длине волны 420 нм, что находится в видимом диапазоне.
