提升X射线自由电子激光的相干性

背景：X射线自由电子激光（XFEL）能产生埃米波长的飞秒和阿秒脉冲，用于观测超快结构与电子动力学，但大多数XFEL采用自放大自发辐射（SASE）模式，其脉冲时域特性随机涨落，缺乏相位相干性，限制了在精密计量等相位敏感测量中的应用。研究目的：瑞士保罗谢勒研究所和苏黎世联邦理工学院的Wenxiang Hu团队旨在通过实验实现“锁模”XFEL，以提升其相干性，产生时域稳定的阿秒脉冲串。结论：该团队成功在2.5 nm软X射线波长实现了锁模XFEL，通过结合调制器和磁压缩器，使X射线在固定相位关系下放大，输出结构化的阿秒脉冲串，在频域呈现高对比度频率梳。这一进展使XFEL能提供可剪裁的X射线波形，有望推动X射线波长范围内的精密光谱技术如Ramsey型干涉测量，但锁模SASE-XFEL的光子统计仍为非泊松性，在严格量子光学相干性应用中无法替代种子注入型自由电子激光。