Исследователи из немецкого Центра Гельмгольца в Дрездене и синхротрона SOLEIL под Парижем добились стабильной работы компактного лазера на свободных электронах (FEL) на основе плазменного ускорителя. Результаты эксперимента опубликованы 16 июня 2026 года в журнале Physical Review Letters. Речь идет о первом воспроизводимом запуске такой установки в режиме высокого усиления, при котором мощность излучения быстро возрастает.
Лазеры на свободных электронах применяют для изучения атомов, молекул и новых материалов. Они создают очень короткие и интенсивные световые импульсы, однако крупные установки востребованы настолько сильно, что исследователям приходится долго ждать доступа к ним. Компактная технология может в будущем расширить возможности для проведения подобных экспериментов.
В традиционных FEL-установках электроны разгоняют почти до скорости света с помощью оборудования длиной до двух километров. В плазменном варианте частицы получают энергию в газе, из которого удалены электроны. «В лазерно-плазменном FEL это расстояние можно сократить примерно в тысячу раз», — сказала доктор Мари Лаба из SOLEIL, сравнив движение электронов с «серфингом» на плазменной волне.
Для эксперимента команда использовала инфракрасные импульсы лазера DRACO, принадлежащего Центру Гельмгольца в Дрездене. Они создавали плазму в потоке газа толщиной несколько миллиметров, а затем точно согласовывали параметры лазера и плазмы. «Нам удалось точно настроить лазер в соответствии с плазмой», — отметила физик HZDR доктор Сюзанна Шёбель.
После ускорения электроны направляли в ондулятор — систему магнитов, заставляющую пучок двигаться по волнообразной траектории. В результате частицы объединялись в небольшие сгустки и формировали согласованные интенсивные световые импульсы. Установка выдала ультрафиолетовое излучение с длиной волны 272 нанометра и высокой энергией импульса, а устойчивый рост мощности подтвердил работу в режиме высокого усиления. «Благодаря хорошо контролируемому электронному пучку мы смогли стабильно и воспроизводимо генерировать интенсивные вспышки ультрафиолетового света с помощью нашего ондулятора», — сказала Шёбель.
По словам доктора Арие Ирмана из Института радиационной физики HZDR, это стало заметным продвижением по сравнению с результатами, опубликованными в 2023 году. Стабильность импульсов, сохраняющих высокое качество на протяжении часов или дней, необходима для экспериментов с FEL, однако на достижение такой надежности в плазменной установке ушли годы исследований. Ученые намерены улучшить взаимодействие лазера с плазмой и траекторию электронов, а также перейти к более коротким длинам волн. Следующей целью названы импульсы в экстремальном ультрафиолетовом диапазоне, которые могут использоваться для более эффективного контроля качества компьютерных чипов с нанометровыми структурами; об этом сообщила SciTechDaily.