پیشرفت‌هایی در مطالعه لیزر الکترون آزاد کاملاً همدوس حاصل شده است.

تیم لیزر الکترون آزاد آکادمی علوم چین در تحقیقات لیزرهای الکترون آزاد کاملاً همدوس پیشرفت‌هایی داشته است. بر اساس تأسیسات لیزر الکترون آزاد پرتو ایکس نرم شانگهای، مکانیسم جدید لیزر الکترون آزاد آبشاری هارمونیک اکو که توسط چین پیشنهاد شده است، با موفقیت تأیید شده است و تابش همدوس پرتو ایکس نرم با عملکرد عالی به دست آمده است. اخیراً، نتایج در Optica با عنوان پالس‌های پرتو ایکس نرم همدوس و فوق کوتاه از لیزرهای الکترون آزاد آبشاری هارمونیک با اکو منتشر شده است.

لیزر الکترون آزاد پرتو ایکس یکی از پیشرفته‌ترین منابع نوری در جهان است. در حال حاضر، اکثر لیزرهای الکترون آزاد پرتو ایکس بین‌المللی بر اساس مکانیسم انتشار خود به خودی خود تقویت‌کننده (SASE) ساخته شده‌اند. SASE دارای اوج روشنایی بسیار بالا و پهنای پالس فوق کوتاه در سطح فمتو و سایر عملکردهای عالی است، اما ارتعاش SASE توسط نویز، انسجام و پایداری پالس تابشی آن زیاد نیست و با "لیزر" باند پرتو ایکس قابل مقایسه نیست. یکی از مهمترین مسیرهای توسعه در زمینه لیزر الکترون آزاد بین‌المللی، تولید تابش پرتو ایکس کاملاً منسجم با کیفیت لیزر معمولی است و روش مهم استفاده از مکانیسم عملکرد لیزر الکترون آزاد بذر خارجی است. تابش لیزر الکترون آزاد بذر خارجی ویژگی‌های لیزر بذر را به ارث می‌برد و دارای ویژگی‌های عالی مانند انسجام کامل، کنترل فاز و هماهنگ‌سازی دقیق با لیزر پمپ خارجی است. با این حال، به دلیل محدودیت طول موج و پهنای پالس لیزر بذر، پوشش طول موج کوتاه و محدوده تنظیم طول پالس لیزر الکترون آزاد بذر خارجی محدود است. به منظور گسترش بیشتر پوشش طول موج کوتاه لیزر الکترون آزاد با بذر خارجی، حالت‌های عملیاتی جدید لیزر الکترون آزاد مانند تولید هارمونیک پژواک در سال‌های اخیر به شدت در جهان در حال توسعه هستند.

لیزر الکترون آزاد با بذر خارجی یکی از مسیرهای فنی اصلی برای توسعه لیزر الکترون آزاد با بهره بالا در چین است. در حال حاضر، هر چهار دستگاه لیزر الکترون آزاد با بهره بالا در چین حالت عملکرد بذر خارجی را اتخاذ کرده‌اند. بر اساس تأسیسات لیزر الکترون آزاد عمیق فرابنفش شانگهای و تأسیسات لیزر الکترون آزاد پرتو ایکس نرم شانگهای، دانشمندان به طور متوالی به اولین تقویت نور لیزر الکترون آزاد از نوع پژواک بین‌المللی و اولین تقویت اشباع لیزر الکترون آزاد از نوع پژواک فرابنفش شدید دست یافته‌اند. به منظور ارتقای بیشتر لیزر الکترون آزاد با بذر خارجی به طول موج کوتاه، تیم تحقیقاتی به طور مستقل مکانیسم جدیدی از لیزر الکترون آزاد کاملاً منسجم با آبشار هارمونیک پژواک را پیشنهاد کردند که توسط دستگاه لیزر الکترون آزاد پرتو ایکس نرم شانگهای به عنوان طرح اولیه اتخاذ شد و کل فرآیند را از تأیید اصل تا تقویت نور در باند پرتو ایکس نرم تکمیل کرد. نتایج تحقیق نشان می‌دهد که در مقایسه با مکانیزم راه‌انداز نوع بذر خارجی سنتی، این مکانیزم از ویژگی‌های طیفی بسیار عالی برخوردار است. این امر از طریق پذیرش محققان مستقل توسعه فناوری تشخیص پالس اشعه ایکس فوق سریع (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027) محقق شده است. عملکرد برتر این مکانیزم جدید در کنترل طول پالس و تولید پالس فوق سریع بیشتر تأیید شده است. نتایج تحقیقات مربوطه، یک مسیر فنی عملی برای تولید لیزرهای الکترون آزاد کاملاً همدوس در باند زیرنانومتری ارائه می‌دهد و یک ابزار تحقیقاتی ایده‌آل برای زمینه‌های اپتیک غیرخطی اشعه ایکس و شیمی فیزیک فوق سریع خواهد بود.

لیزر الکترون آزاد آبشاری هارمونیک اکو عملکرد طیفی بسیار خوبی دارد: تصویر سمت چپ حالت آبشاری مرسوم و تصویر سمت راست حالت آبشاری هارمونیک اکو است.

تنظیم طول پالس اشعه ایکس و تولید پالس فوق سریع می‌تواند توسط آبشار هارمونیک پژواک محقق شود.