能源部SLAC國家加速器實驗室的直線加速器相干光源(LCLS)等現代X射線激光設備使科學家能夠研究自然在超小和超快尺度下的行為。但是，單個X射線脈沖不穩定，一次發射之間波動，并且會產生大量背景噪聲，這些噪聲會在高分辨率實驗中使信號模糊。

現在，SLAC科學家已經開發出一種方法，可以產生更穩定，更連貫且波長彼此更同步的明亮X射線。這可以提高數據收集的效率，并為新的實驗鋪平道路。他們的結果最近發表在《物理評論快報》上。

科學工具

在過去的幾年中，該團隊一直在尋找通過改善脈沖質量來改善LCLS性能的方法。

“生產出完美的X射線激光是我們社區的最終目標之一。” 共同作者，SLAC科學家張震說。“我們希望找到一種使X射線脈沖類似于經典光學激光器的脈沖的方法，該脈沖既穩定又相干。”

LCLS科學副總裁Bob Schoenlein表示，這項研究將使XFEL成為更加重要且用途廣泛的科學工具。

他說：“這是控制LCLS X射線脈沖相干特性的非常有前途的方法。” “它將使復雜的材料和分子系統的研究在時間和能量上都具有出色的分辨率。”

兩全其美

研究人員一直在研究產生更干凈的X射線脈沖的現有方法，例如使用“自種子”概念過濾噪聲脈沖并將其重新注入XFEL，但發現兩者之間存在根本的取舍。高度相干的脈沖和高度穩定的脈沖。在傳統的自播方法中，不可能同時擁有兩者。

他們意識到他們需要采取一種完全不同的方法來規避此問題。那時，主要作者和SLAC科學家Erik Hemsing提出了拉伸超短X射線脈沖的想法，這種超短X射線脈沖的獨特性質使研究人員能夠穩定和純化脈沖。

漢姆斯說：“與其像傳統的自播一樣，不對長的，有噪聲的脈沖進行濾波，我們意識到我們應該首先產生超短的相干脈沖，然后對其進行擴展和放大。” “通過這種方法，根據我們的研究，我們能夠同時顯著提高穩定性和連貫性。”

該概念依賴于以下事實：與長脈沖相比，超短脈沖的噪聲要小得多，并且相干性更好，特別是當它們達到最大功率時。問題是短脈沖攜帶的能量不多，對于某些高分辨率的科學應用也不理想。研究人員找到了一種過濾這些脈沖，然后將其放大10,000倍的方法。

“它使我們能夠在不對現有設置進行重大修改的情況下獲得想要的結果，”合著者和SLAC研究助理Alex Halavanau說。

進行測試

為了跟進這項研究，研究小組希望在LCLS上測試該想法。Halavanau說，將來，他們希望將該技術擴展到更具能量的“硬” X射線，并使用通過該技術啟用的新的，定制的軟X射線脈沖來更好地了解原子，光子和電子的物理性質。

SLAC加速器研究部主任黃志榮說：“我們期待將這一想法應用到即將在LCLS-II上線的新型軟X射線波動器中。”