Физики сделали мощнейший рентгеновский лазер LCLS в 50 раз точнее

12 августа 2012 года

Международный коллектив физиков разработал особую алмазную линзу, которая сузила спектр и тем самым улучшила точность самого мощного в мире рентгеновского лазера LCLS в 40-50 раз, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Photonics.

"(При тестовом включении) вся группа наблюдателей не смогла сдержать себя и их лица расплылись в довольной улыбке. Я очень рад, что мне удалось увидеть то, как эта технология заработала", - пояснила руководитель группы Пауль Эмма (Paul Emma) из Национальной ускорительной лаборатории SLAC в Стэнфорде (США).

Эмма и его коллеги, в том числе российские физики Владимир Бланк и Сергей Терентьев из Технологического института сверхтвёрдых и новых углеродных материалов в Троицке, работали над улучшением самого мощного на сегодня рентгеновского лазера - LCLS (линейный ускоритель - источник когерентного света) в американской лаборатории SLAC.

Строительство лазерной установки LCLS было начато в 2006 году и продолжалось три года до апреля 2009 года, когда были проведены первые пробные испытания излучателя. Устройство представляет собой гигантский тоннель длиной в три километра. В его начале находится линейный ускоритель электронов, разгоняющий элементарные частицы до околосветовых скоростей. По мере движения электроны попадают в зону действия множества мощных магнитов, заставляющих их двигаться по зигзагообразной траектории на протяжении 130 метров.

Как объясняют ученые, в это время возникает феномен самоусиливающегося спонтанного излучения (SASE) - электроны испускают мощный синхронизированный пучок рентгеновских фотонов. Такое излучение обладает достаточно широким спектром, что не позволяет использовать его для проведения некоторых физических экспериментов. Точность лазера можно повысить с помощью оптических приборов, отсекающих "ненужные" части спектра, однако такая очистка приводит к резкому снижению мощности излучения.

Коллектив ученых под руководством Эмма смог обойти эту проблему при помощи особой алмазной линзы-монохроматора, выращенной в Технологическом институте сверхтвёрдых и новых углеродных материалов.

Это устройство вставляют приблизительно в середину между секциями магнитов в LCLS. Здесь луч фотонов и электронов разбивается на два потока. Первый из них проходит через алмазную линзу, а второй - обходит ее и соединяется с первым с некоторой задержкой. Линза взаимодействует с фотонами и вырабатывает особое "направляющее" излучение, заставляющее лазер излучать в более узком диапазоне частот.

Данный прием, по словам физиков, позволил сузить спектр LCLS примерно в 40-50 раз. Повышенная точность лазера позволяет проводить эксперименты, которые ранее не были возможны из-за слишком "расплывчатого" спектра излучателя.