पूर्णतः सुसंगत मुक्त इलेक्ट्रॉन लेजर के अध्ययन में प्रगति हुई है।

चीनी विज्ञान अकादमी की फ्री इलेक्ट्रॉन लेजर टीम ने पूर्णतः सुसंगत फ्री इलेक्ट्रॉन लेजरों के अनुसंधान में प्रगति की है। शंघाई सॉफ्ट एक्स-रे फ्री इलेक्ट्रॉन लेजर सुविधा के आधार पर, चीन द्वारा प्रस्तावित इको हार्मोनिक कैस्केड फ्री इलेक्ट्रॉन लेजर की नई कार्यप्रणाली का सफलतापूर्वक सत्यापन किया गया है, और उत्कृष्ट प्रदर्शन वाला सॉफ्ट एक्स-रे सुसंगत विकिरण प्राप्त किया गया है। हाल ही में, इसके परिणाम ऑप्टिका पत्रिका में "इको-सक्षम हार्मोनिक कैस्केड फ्री इलेक्ट्रॉन लेजरों से सुसंगत और अति-लघु सॉफ्ट एक्स-रे पल्स" शीर्षक के तहत प्रकाशित हुए हैं।

एक्स-रे फ्री इलेक्ट्रॉन लेजर विश्व के सबसे उन्नत प्रकाश स्रोतों में से एक है। वर्तमान में, अधिकांश अंतरराष्ट्रीय एक्स-रे फ्री इलेक्ट्रॉन लेजर स्व-प्रवर्धित सहज उत्सर्जन तंत्र (SASE) पर आधारित हैं। SASE में उच्च शिखर चमक और फेम्टो स्तर की अति-लघु पल्स चौड़ाई तथा अन्य उत्कृष्ट प्रदर्शन क्षमताएं हैं, लेकिन शोर के कारण SASE में कंपन होता है, जिससे इसके विकिरण पल्स की सुसंगतता और स्थिरता उच्च नहीं होती है, और यह एक्स-रे बैंड का "लेजर" नहीं है। अंतरराष्ट्रीय फ्री इलेक्ट्रॉन लेजर के क्षेत्र में सबसे महत्वपूर्ण विकास दिशाओं में से एक पारंपरिक लेजर गुणवत्ता के साथ पूर्णतः सुसंगत एक्स-रे विकिरण उत्पन्न करना है, और इसका महत्वपूर्ण तरीका बाह्य बीज फ्री इलेक्ट्रॉन लेजर संचालन तंत्र का उपयोग करना है। बाह्य बीज फ्री इलेक्ट्रॉन लेजर का विकिरण बीज लेजर के गुणों को विरासत में प्राप्त करता है, और इसमें पूर्ण सुसंगतता, चरण नियंत्रण और बाह्य पंप लेजर के साथ सटीक तुल्यकालन जैसी उत्कृष्ट विशेषताएं हैं। हालांकि, बीज लेजर की तरंगदैर्ध्य और पल्स चौड़ाई की सीमा के कारण, बाह्य बीज फ्री इलेक्ट्रॉन लेजर की लघु तरंगदैर्ध्य कवरेज और पल्स लंबाई समायोजन सीमा सीमित है। बाह्य सीड फ्री इलेक्ट्रॉन लेजर की लघु तरंगदैर्ध्य कवरेज को और अधिक विस्तारित करने के लिए, हाल के वर्षों में विश्व में इको हार्मोनिक जनरेशन जैसे नए फ्री इलेक्ट्रॉन लेजर ऑपरेटिंग मोड को तेजी से विकसित किया जा रहा है।

बाह्य बीज आधारित मुक्त इलेक्ट्रॉन लेजर, चीन में उच्च लाभ वाले मुक्त इलेक्ट्रॉन लेजर के विकास के प्रमुख तकनीकी मार्गों में से एक है। वर्तमान में, चीन में सभी चार उच्च लाभ वाले मुक्त इलेक्ट्रॉन लेजर उपकरण बाह्य बीज आधारित संचालन मोड को अपना रहे हैं। शंघाई डीप अल्ट्रावायलेट मुक्त इलेक्ट्रॉन लेजर सुविधा और शंघाई सॉफ्ट एक्स-रे मुक्त इलेक्ट्रॉन लेजर सुविधा के आधार पर, वैज्ञानिकों ने क्रमशः पहले अंतरराष्ट्रीय प्रतिध्वनि प्रकार के मुक्त इलेक्ट्रॉन लेजर प्रकाश प्रवर्धन और पहले चरम पराबैंगनी प्रतिध्वनि प्रकार के मुक्त इलेक्ट्रॉन लेजर संतृप्ति प्रवर्धन को प्राप्त किया है। बाह्य बीज आधारित मुक्त इलेक्ट्रॉन लेजर को लघु तरंगदैर्ध्य तक और आगे बढ़ाने के लिए, शोध दल ने स्वतंत्र रूप से प्रतिध्वनि हार्मोनिक कैस्केड के साथ पूर्णतः सुसंगत मुक्त इलेक्ट्रॉन लेजर की एक नई कार्यप्रणाली प्रस्तावित की, जिसे शंघाई सॉफ्ट एक्स-रे मुक्त इलेक्ट्रॉन लेजर उपकरण ने मूल योजना के रूप में अपनाया, और सॉफ्ट एक्स-रे बैंड में सिद्धांत सत्यापन से लेकर प्रकाश प्रवर्धन तक की पूरी प्रक्रिया को पूरा किया। शोध परिणामों से पता चलता है कि पारंपरिक बाह्य बीज प्रकार के संचालन तंत्र की तुलना में, इस तंत्र में उत्कृष्ट स्पेक्ट्रल विशेषताएँ हैं। शोधकर्ताओं द्वारा स्वतंत्र रूप से विकसित अति-तीव्र एक्स-रे पल्स निदान तकनीक (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027) को अपनाने के माध्यम से, पल्स लंबाई नियंत्रण और अति-तीव्र पल्स उत्पादन में इस नए तंत्र के बेहतर प्रदर्शन की पुष्टि की गई है। संबंधित शोध परिणाम सबनैनोमीटर बैंड में पूर्णतः सुसंगत मुक्त इलेक्ट्रॉन लेजर के उत्पादन के लिए एक व्यवहार्य तकनीकी मार्ग प्रदान करते हैं, और एक्स-रे गैर-रेखीय प्रकाशिकी और अति-तीव्र भौतिक रसायन विज्ञान के क्षेत्रों के लिए एक आदर्श शोध उपकरण प्रदान करेंगे।

इको हार्मोनिक कैस्केड फ्री इलेक्ट्रॉन लेजर का स्पेक्ट्रल प्रदर्शन उत्कृष्ट है: बाईं ओर की छवि पारंपरिक कैस्केड मोड को दर्शाती है, और दाईं ओर की छवि इको हार्मोनिक कैस्केड मोड को दर्शाती है।

इको हार्मोनिक कैस्केड द्वारा एक्स-रे पल्स की लंबाई का समायोजन और अति तीव्र पल्स उत्पादन संभव हो सकता है।